專利名稱：一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氟酸的鍵合方法，更特別地說(shuō)，是指一種將硅藻殼體或硅藻土
硅藻殼體或硅藻土與玻璃鍵合固定的方法。鍵合得到的產(chǎn)物可用作生物芯片等微流體基 片。
背景技術(shù)：
硅藻是一種在自然界廣泛存在的微生物。同其他微生物相比，它有著比較特殊的 材質(zhì)及結(jié)構(gòu)(如球形、片形、環(huán)形、盤(pán)形、圓筒形、桿形、舟形等)。首先，硅藻殼體的材質(zhì)絕 大部分由二氧化硅構(gòu)成；其次，單體硅藻有著幾微米到幾十微米的體積，內(nèi)部擁有空腔結(jié) 構(gòu)，表面擁有著使用機(jī)械方法難以加工出來(lái)的納米級(jí)微 L。因此，單體硅藻表面納米級(jí)微孔 不僅具有吸附微小顆粒的作用，同時(shí)也具有過(guò)濾較大顆粒雜質(zhì)以及緩慢釋放內(nèi)部液體的功 能，其內(nèi)部空腔還具有保存功能顆粒以及液體的功能。 硅藻土作為化石化的硅藻在自然界中作為礦產(chǎn)大量存在著，因而來(lái)源廣泛、價(jià)格 低廉、且不再含有蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)。除此之外，同硅藻相比，硅藻土依然具有多樣的外形、獨(dú) 特的殼體結(jié)構(gòu)、大比表面積、高孔隙率、低密度、耐高溫等優(yōu)良性質(zhì)。 微流體基片，是結(jié)合生物技術(shù)、微電子、微機(jī)械等技術(shù)，把實(shí)驗(yàn)室中許多儀器的功 能縮小到芯片上來(lái)處理。其具有的微小尺寸以及功能的高集成度，主要應(yīng)用于微量樣品的 制備、進(jìn)樣、反應(yīng)及檢測(cè)。當(dāng)夾雜有靶分子的流體流過(guò)微流體基片上的微流道時(shí)，微流體基 片上的檢測(cè)探針會(huì)與靶分子結(jié)合，完成檢測(cè)反應(yīng)。 近年來(lái)，微電子技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。作為MEMS制作和封裝的重要技術(shù) 之一，鍵合逐漸成為微電子制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵工藝。由于玻璃具有良好的電絕緣性、透光 性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，并能與IC工藝兼容，因此玻璃成為MEMS制造中僅次于硅的使 用最多的材料，玻璃之間的鍵合工藝也越發(fā)重要。 硅藻殼體或硅藻土和玻璃的材質(zhì)絕大部分由二氧化硅構(gòu)成，二者完全具備鍵合的 基本要求。正為重要的是硅藻殼體或硅藻土尺寸僅為微米級(jí)，其表面有難以用機(jī)械方法加 工出來(lái)的納米級(jí)微孔，若能在保證其外殼形狀的前提下將其與玻璃鍵合形成復(fù)合基片，可 以使其在生物芯片(Bio-MEMS)領(lǐng)域發(fā)揮吸附、緩濕等重要作用。 陽(yáng)極鍵合和直接鍵合方式要求兩個(gè)鍵合平面必須緊密貼合，因此參與鍵合的兩個(gè) 平面常為平整度較高的大面積玻璃片；高溫鍵合后鍵合界面處會(huì)出現(xiàn)材料的大量破壞，而 且條件較為難以控制。以上鍵合方式均不能滿足硅藻殼體或硅藻土和玻璃的鍵合要求。而 氫氟酸可以使硅藻殼體或硅藻土與玻璃結(jié)合處材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在保證硅藻微米級(jí)空腔及表 面納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)較少被破壞的情況下，達(dá)到鍵合的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，該方法在保證硅 藻殼體或硅藻土較為完整的前提下將其通過(guò)氫氟酸鍵合在玻璃表面上。在鍵合過(guò)程中不添加粘接劑，并且制得的微流體基片中保持了硅藻殼體或硅藻土原有的豐富外形、特有的納 米級(jí)多孔微結(jié)構(gòu)，使得該微流體基片能夠在生物芯片領(lǐng)域發(fā)揮自動(dòng)裝載檢測(cè)探針和吸附靶 分子作用。 本發(fā)明的一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，包括有下列步驟
步驟一 從硅藻或硅藻土中制得硅質(zhì)殼
( — )從硅藻中制得硅質(zhì)殼的步驟有 (A)將硅藻放入質(zhì)量百分比濃度為50% 70%的硫酸中進(jìn)行混合得到硅藻懸浮 液； 用量lg的硅藻中加入40ml 60ml的硫酸； (B)將硅藻懸浮液在9(TC 10(TC溫度下保溫5min 30min之后取出放入離心機(jī) 中；在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min 20min后，取出，除去上層清液，得到 第一混合物； (C)在第一混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (C-l)在第二混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第三混合物；用量10ml的第二混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (C-2)在第三混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (C-3)在第四混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (D)將第五混合物放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W 1000W、工作 頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分 離，過(guò)濾得到濾布上層物(第一上層物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔
徑為5 ii m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml 100ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在110 150。C溫度下干燥4h 6h后制得硅質(zhì)殼； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為O. 5X 2X的氫氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 ( 二 )從硅藻土中制得硅質(zhì)殼的步驟有 (D)將硅藻土 (第五混合物)放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔徑為5 y m 20ym的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第一上層物)；
用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔
徑為5 ii m 20 ii m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml 100ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在110 150。C溫度下干燥4h 6h后制得硅質(zhì)殼； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為O. 5X 2X的氫氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min得到第一預(yù)處理玻璃 片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下 超聲清洗10min 30min后，得到第二預(yù)處理玻璃片； (D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙 氧水，靜置12h 24h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片；
(E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比為0. 5% 2%的氫氟酸溶液，浸泡2 5min后，取出，置于基座上；
步驟三鍵合操作 (A)加熱基座至溫度80°C 120°C ，并在此溫度下保持恒溫；
(B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加20 iU 100 iU的氫氟 酸溶液，形成預(yù)鍵合體； (D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； (E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理2h 5h后，取出，即得到微流體基 片；壓力條件為在單位面積(lcmX lcm)玻璃基片上施加壓力為50N 200N。 本發(fā)明將硅藻殼體或硅藻土用氫氟酸鍵合在玻璃表面的方法的優(yōu)點(diǎn)在于 1、鍵合過(guò)程中沒(méi)有加入任何粘接劑，氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)后將以氣體的形式揮
發(fā)掉從而不會(huì)有任何殘余物，因此此方法得到的鍵合基片在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的可靠
性，在生物芯片的應(yīng)用中可以保證檢測(cè)不會(huì)有雜質(zhì)影響檢測(cè)結(jié)果。 2、本發(fā)明的鍵合方法不同于高溫鍵合方法，高溫鍵合影響了硅質(zhì)殼的形貌，而本
發(fā)明在80°C 12(TC溫度下進(jìn)行，保證了硅藻的完整性以及微孔尺寸的穩(wěn)定性。 3、由于參與鍵合的硅藻殼體或硅藻土形狀尺寸多種多樣，如圓盤(pán)狀、月牙狀、球
狀、桿狀、絲狀等，并且表面擁有不同微納米尺寸的微孔結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)不同形狀的硅藻殼
體或硅藻土制作多種微流道生物芯片。 4、硅藻的微孔結(jié)構(gòu)擁有自動(dòng)裝載檢測(cè)探針和吸附靶分子功能，能夠提高生物芯片的檢測(cè)效率。


圖1是本發(fā)明鍵合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是橋彎藻經(jīng)處理后的硅質(zhì)殼形貌的電鏡照片。 圖2A是圖2中單個(gè)橋彎藻形貌的放大電鏡照片。 圖2B是橋彎藻硅質(zhì)殼鍵合在玻璃片上的電鏡照片。 圖3是圓篩藻硅質(zhì)殼的形貌的電鏡照片。 圖3A是圓篩藻硅質(zhì)殼鍵合在玻璃片上的電鏡照片。 圖4是產(chǎn)地為浙江嵊州直鏈藻硅藻土的原始形貌的電鏡照片。 圖4A是直鏈藻硅質(zhì)殼的形貌的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明是一種將硅藻殼體或硅藻土使用氫氟酸鍵合在玻璃片上的方法，該方法中 使用的硅藻殼體或硅藻土是自然界中存在的，因此使用到的硅藻殼體或硅藻土有多種幾何 形狀。 本發(fā)明是一種將硅藻殼體或硅藻土使用氫氟酸鍵合在玻璃片上的方法。硅藻殼體 或硅藻土與玻璃氫氟酸鍵合的步驟有 步驟一 從硅藻或硅藻土中制得硅質(zhì)殼 [ooee]( — )從硅藻中制得硅質(zhì)殼的步驟有 (A)將硅藻放入質(zhì)量百分比濃度為50 % 70%的硫酸中進(jìn)行混合得到硅藻懸浮 液； 用量lg的硅藻中加入40ml 60ml的硫酸； (B)將硅藻懸浮液在90°C 100。C溫度下保溫5min 30min之后取出放入離心機(jī) 中；在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min 20min后，取出，除去上層清液，得到 第一混合物； (C)在第一混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml 60ml的去離子水； 在本發(fā)明中，步驟(C)為去除雜質(zhì)和除硫酸處理，重復(fù)進(jìn)行此步驟的操作可以為2 次 7次。 (C-l)在第二混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (C-2)在第三混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心
8min 20min取出，除去上層清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (C-3)在第四混合物中加入去離子水，在3000r/min 7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min 20min取出，除去上層清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml 60ml的去離子水； (D)將第五混合物放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W 1000W、工作 頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分 離，過(guò)濾得到濾布上層物(第一上層物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔
徑為5 ii m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml 100ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在110 150。C溫度下干燥4h 6h后制得硅質(zhì)殼； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為O. 5X 2X的氫氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 在本發(fā)明中，步驟(D)以前的處理步驟為對(duì)硅藻的去除有機(jī)質(zhì)的處理，該有機(jī)質(zhì) 主要為蛋白質(zhì)。
( 二 )從硅藻土中制得硅質(zhì)殼的步驟有 (D)將硅藻土放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W 1000W、工作頻率 28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔徑為5 y m 20 y m的濾布進(jìn) 行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第一上層物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min后，使用孔
徑為5 ii m 20 ii m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml 100ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在110 150。C溫度下干燥4h 6h后制得硅質(zhì)殼； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為O. 5X 2X的氫氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 在本發(fā)明中，若采用硅藻土獲得硅質(zhì)殼，則不需要步驟(D)以前的處理步驟。因 為，硅藻土是作為化石化的硅藻在自然界中作為礦產(chǎn)大量存在著，其原材料皆為硅藻遺骸 形成的土礦，有機(jī)質(zhì)早已分解。
步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；
玻璃片的長(zhǎng)寬為1. 5cmXlcm，對(duì)于玻璃片的厚度不作要求； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10min 30min得到第一預(yù)處理玻璃 片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率700W 1000W、工作頻率28KHz 40KHz的條件下 超聲清洗10min 30min后，得到第二預(yù)處理玻璃片；
8
(D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙 氧水，靜置12h 24h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片；
在本發(fā)明中，步驟(D)的處理是為了在第二預(yù)處理玻璃片上增加羥基，有利于提 高在鍵合過(guò)程中的硅藻殼體與基片的鍵合強(qiáng)度。 (E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比為0. 5% 2%的氫氟酸溶液，浸泡2
5min后，取出，置于基座上； 步驟三鍵合操作(參見(jiàn)圖1所示) (A)加熱基座至溫度80°C 120°C ，并在此溫度下保持恒溫；
(B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加20 100 的氫氟
酸溶液，形成預(yù)鍵合體； (D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； 在本發(fā)明中，防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。 (E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理2h 5h后，取出，即得到微流體基 片；壓力條件為在單位面積(lcmX 1cm)玻璃基片上施加壓力為50N 200N ;
實(shí)施例1 :橋彎藻殼體與玻璃片的鍵合方法
步驟一 從橋彎藻中制得硅質(zhì)殼 (A)將橋彎藻放入質(zhì)量百分比濃度為70%的硫酸中進(jìn)行混合得到硅藻懸浮液；
用量lg的橋彎藻中加入60ml的硫酸； (B)將硅藻懸浮液在9(TC溫度下保溫lOmin之后取出放入離心機(jī)中；在7000r/ min的轉(zhuǎn)速下離心20min后，取出，除去上層清液，得到第一混合物； (C)在第一混合物中加入去離子水，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min取出，除去上 層清液，得到第二混合物； 用量10ml的第一混合物中加入60ml的去離子水； (C-l)在第二混合物中加入去離子水，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min取出，除去 上層清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入60ml的去離子水； (C-2)在第三混合物中加入去離子水，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min取出，除去 上層清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入60ml的去離子水； (C-3)在第四混合物中加入去離子水，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min取出，除去 上層清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入60ml的去離子水； (D)將第五混合物放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率800W、工作頻率 28KHz的條件下超聲清洗15min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物 (第一上層物)； 用量10ml的第五混合物中加入50ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在功率800W、工作頻率28KHz的條件下超聲清洗15min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分離，
過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在12(TC溫度下干燥4h后制得硅質(zhì)殼，其形貌如圖2、圖2A所 示，從圖中可以看出，橋彎藻硅質(zhì)殼上有明顯的微孔，無(wú)有機(jī)質(zhì)存在； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為1X的氫氟酸溶液中浸泡2min后，取出，置于 玻璃基片上。 步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；
玻璃片的長(zhǎng)寬為1.5cmXlcm，對(duì)于玻璃片的厚度不作要求； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率700W、 工作頻率28KHz的條件下超聲清洗10min得到第一預(yù)處理玻璃片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率700W、工作頻率28KHz的條件下超聲清洗10min 后，得到第二預(yù)處理玻璃片； (D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙
氧水，靜置24h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片； (E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比濃度為1X的氫氟酸溶液，浸泡2min后，
取出，置于基座上； 步驟三鍵合操作(參見(jiàn)圖1所示) (A)加熱基座至溫度80°C ，并在此溫度下保持恒溫； (B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加50 iU的氫氟酸溶液，形 成預(yù)鍵合體； (D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； 在本發(fā)明中，防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。
(E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理3h后，取出，即得到微流體基片；壓力條件為在單位面積(lcmXlcm)玻璃基片上施加壓力為50N。 采用微操作儀對(duì)實(shí)施例1制得的微流體基片進(jìn)行鍵合強(qiáng)度測(cè)試在25t:溫度下測(cè)
得，橋彎藻與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為7. 65MPa(參見(jiàn)圖2B所示)。 ^MMl:小環(huán)藻殼體與玻璃片的鍵合方法 步驟一 從小環(huán)藻中制得硅質(zhì)殼 (A)將小環(huán)藻放入質(zhì)量百分比濃度為50%的硫酸中進(jìn)行混合得到硅藻懸浮液；
用量lg的橋彎藻中加入40ml的硫酸； (B)將硅藻懸浮液在IO(TC溫度下保溫30min之后取出放入離心機(jī)中；在3000r/ min的轉(zhuǎn)速下離心30min后，取出，除去上層清液，得到第一混合物； (C)在第一混合物中加入去離子水，在3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心20min取出，除去 上層清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml的去離子水；
(C-l)在第二混合物中加入去離子水，在3000r/min 去上層清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入40ml的去離子水；
(C-2)在第三混合物中加入去離子水，在3000r/min 去上層清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml的去離子水；
(C-3)在第四混合物中加入去離子水，在3000r/min 去上層清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml的去離子水；
(C-4)在第五混合物中加入去離子水，在3000r/min 去上層清液，得到第六混合物； 用量10ml的第五混合物中加入40ml的去離子水； [OWO] (C-5)在第六混合物中加入去離子水，在3000r/min 去上層清液，得到第七混合物； 用量10ml的第六混合物中加入40ml的去離子水；
(D)將第七混合物放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率1000W、工作頻率 40KHz的條件下超聲清洗30min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物 (第一上層物)； 用量10ml的第五混合物中加入100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率1000W、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗30min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分
離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入100ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在15(TC溫度下干燥6h后制得硅質(zhì)殼； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為2X的氫氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于 玻璃基片上。 步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；
玻璃片的長(zhǎng)寬為1. 5cmXlcm，對(duì)于玻璃片的厚度不作要求； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率IOOOW、 工作頻率40KHz的條件下超聲清洗30min得到第一預(yù)處理玻璃片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率1000W、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗30min 后，得到第二預(yù)處理玻璃片； (D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙
氧水，靜置15h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片； (E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比濃度為2X的氫氟酸溶液，浸泡4min后，
取出，置于基座上； 步驟三鍵合操作(參見(jiàn)圖1所示)
的轉(zhuǎn)速下咼心20min取出，除 的轉(zhuǎn)速下離心20min取出，除 的轉(zhuǎn)速下離心20min取出，除 的轉(zhuǎn)速下離心20min取出，除 的轉(zhuǎn)速下離心20min取出，除
(A)加熱基座至溫度IO(TC ，并在此溫度下保持恒溫；
(B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加20 的氫氟酸溶液，形 成預(yù)鍵合體； (D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； 在本發(fā)明中，防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。
(E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理3h后，取出，即得到微流體基片；壓力條件為在單位面積(lcmXlcm)玻璃基片上施加壓力為IOON。 采用微操作儀對(duì)實(shí)施例2制得的微流體基片進(jìn)行鍵合強(qiáng)度測(cè)試在25t:溫度下測(cè)
得，小環(huán)藻與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為6. 80MPa。 ^MMl :圓篩藻硅藻土殼體與玻璃片的鍵合實(shí)驗(yàn) 步驟一 從圓篩藻硅藻土中制得硅質(zhì)殼的步驟有 (D)將圓篩藻硅藻土放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率1000W、工作頻率 40KHz的條件下超聲清洗30min后，使用孔徑為20 y m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層 物(第一上層物)； 用量10ml的第二混合物中加入100ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在 功率1000W、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗10min后，使用孔徑為20 y m的濾布進(jìn)行分 離，過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)；
用量lg的第一上層物中加入80ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在15(TC溫度下干燥6h后制得硅質(zhì)殼，如圖3所示； (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為2X的氫氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于
玻璃基片上。 步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；
玻璃片的長(zhǎng)寬為1. 5cmXlcm，對(duì)于玻璃片的厚度不作要求； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率IOOOW、 工作頻率40KHz的條件下超聲清洗30min得到第一預(yù)處理玻璃片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率1000W、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗10min 后，得到第二預(yù)處理玻璃片； (D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙
氧水，靜置12h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片； (E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比為2X的氫氟酸溶液，浸泡5min后，取
出，置于基座上； 步驟三鍵合操作(參見(jiàn)圖1所示) (A)加熱基座至溫度120°C ，并在此溫度下保持恒溫； (B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加90 i！ 1的氫氟酸溶液，形
12成預(yù)鍵合體； (D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； 在本發(fā)明中，防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。
(E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理5h后，取出，即得到微流體基片；壓力條件為在單位面積(lcmX 1cm)玻璃基片上施加壓力為150N ; 采用微操作儀對(duì)實(shí)施例3制得的微流體基片進(jìn)行鍵合強(qiáng)度測(cè)試在25t:溫度下測(cè)
得，硅藻土與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為10MPa，如圖3A所示。 實(shí)施例4 :浙江嵊州直鏈藻硅藻土殼體與玻璃片的鍵合實(shí)驗(yàn) 步驟一 從浙江嵊州直鏈藻硅藻土中制得硅質(zhì)殼的步驟有 使用浙江嵊州直鏈藻硅藻土 (其形貌如圖4所示)，粒徑200目，其原材料皆為硅 藻遺骸形成的土礦，有機(jī)質(zhì)早已分解。 (D)將直鏈藻硅藻土放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W、工作頻率 28KHz的條件下超聲清洗10min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到濾布上層物 (第一上層物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml的去離子水； (E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95%的無(wú)水乙醇，在
功率700W、工作頻率28KHz的條件下超聲清洗30min后，使用孔徑為5 y m的濾布進(jìn)行分離，
過(guò)濾得到濾布上層物(第二上層物)； 用量lg的第一上層物中加入50ml的無(wú)水乙醇； (F)將第二上層物在110。C溫度下干燥6h后制得硅質(zhì)殼，如圖4A; (G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為1X的氫氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于
玻璃基片上。 步驟二玻璃片的預(yù)處理 (A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；
玻璃片的長(zhǎng)寬為1. 5cmXlcm，對(duì)于玻璃片的厚度不作要求； (B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率700W、 工作頻率28KHz的條件下超聲清洗15min得到第一預(yù)處理玻璃片； (C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95%的無(wú)水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率700W、工作頻率28KHz的條件下超聲清洗30min 后，得到第二預(yù)處理玻璃片； (D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98%的硫酸和雙
氧水，靜置20h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片； (E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比為1X的氫氟酸溶液，浸泡5min后，取
出，置于基座上； 步驟三鍵合操作(參見(jiàn)圖1所示) (A)加熱基座至溫度IO(TC ，并在此溫度下保持恒溫； (B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上； (C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加100 i！ 1的氫氟酸溶液， 形成預(yù)鍵合體；
(D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片； 在本發(fā)明中，防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。
(E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理5h后，取出，即得到微流體基片；壓力條件為在單位面積(lcmX 1cm)玻璃基片上施加壓力為200N ; 采用微操作儀對(duì)實(shí)施例4制得的微流體基片進(jìn)行鍵合強(qiáng)度測(cè)試在25t:溫度下測(cè)
得，硅藻土與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為8. 37MPa。 本發(fā)明將生物體——硅藻(硅藻土 )鍵合在玻璃片上形成微流體基片，硅藻可以 利用及特殊的外形結(jié)構(gòu)來(lái)以較大的強(qiáng)度自主吸附并裝載檢測(cè)探針及靶分子。不僅如此，因 檢測(cè)范圍基本集中于硅藻表面區(qū)域，而非均勻的分布于整個(gè)基片之上，硅藻鍵合形成的玻 璃基片可以提高檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度。最后，因硅藻有一定的空腔結(jié)構(gòu)，可以利用此空腔 結(jié)構(gòu)保存一定水分并透過(guò)納米級(jí)微孔緩慢釋放，使檢測(cè)探針保持在一個(gè)濕潤(rùn)的環(huán)境中從而 提高工作效率。
1權(quán)利要求
一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，其特征在于有下列步驟步驟一從硅藻或硅藻土中制得硅質(zhì)殼(一)從硅藻中制得硅質(zhì)殼的步驟有(A)將硅藻放入質(zhì)量百分比濃度為50％～70％的硫酸中進(jìn)行混合得到硅藻懸浮液；用量1g的硅藻中加入40ml～60ml的硫酸；(B)將硅藻懸浮液在90℃～100℃溫度下保溫5min～30min之后取出放入離心機(jī)中；在3000r/min～7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min～20min后，取出，除去上層清液，得到第一混合物；(C)在第一混合物中加入去離子水，在3000r/min～7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min～20min取出，除去上層清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml～60ml的去離子水；(C-1)在第二混合物中加入去離子水，在3000r/min～7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min～20min取出，除去上層清液，得到第三混合物；用量10ml的第二混合物中加入40ml～60ml的去離子水；(C-2)在第三混合物中加入去離子水，在3000r/min～7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min～20min取出，除去上層清液，得到第四混合物；用量10ml的第三混合物中加入40ml～60ml的去離子水；(C-3)在第四混合物中加入去離子水，在3000r/min～7000r/min的轉(zhuǎn)速下離心8min～20min取出，除去上層清液，得到第五混合物；用量10ml的第四混合物中加入40ml～60ml的去離子水；(D)將第五混合物放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min后，使用孔徑為5μm的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到第一上層物；用量10ml的第二混合物中加入50ml～100ml的去離子水；(E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95％的無(wú)水乙醇，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min后，使用孔徑為5μm的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到第二上層物；用量1g的第一上層物中加入50ml～100ml的無(wú)水乙醇；(F)將第二上層物在110～150℃溫度下干燥4h～6h后制得硅質(zhì)殼；(G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為0.5％～2％的氫氟酸溶液中浸泡2min～5min后，取出，置于玻璃基片上；(二)從硅藻土中制得硅質(zhì)殼的步驟有(D)將硅藻土放入玻璃容器中，并加入去離子水，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min后，使用孔徑為5μm～20μm的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到第一上層物；用量10ml的第二混合物中加入50ml～100ml的去離子水；(E)將第一上層物放入玻璃容器中，并加入質(zhì)量百分比濃度95％的無(wú)水乙醇，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min后，使用孔徑為5μm～20μm的濾布進(jìn)行分離，過(guò)濾得到第二上層物；用量1g的第一上層物中加入50ml～100ml的無(wú)水乙醇；(F)將第二上層物在110～150℃溫度下干燥4h～6h后制得硅質(zhì)殼；(G)將硅質(zhì)殼放入質(zhì)量百分比濃度為0.5％～2％的氫氟酸溶液中浸泡2min～5min后，取出，置于玻璃基片上；步驟二玻璃片的預(yù)處理(A)按照設(shè)定尺寸截取玻璃片，并用去離子水沖洗玻璃片；(B)將清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去離子水，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min得到第一預(yù)處理玻璃片；(C)將第一預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量濃度為95％的無(wú)水乙醇中，并將玻璃容器置于超聲清洗機(jī)中，在功率700W～1000W、工作頻率28KHz～40KHz的條件下超聲清洗10min～30min后，得到第二預(yù)處理玻璃片；(D)將第二預(yù)處理玻璃片放入玻璃容器中，加入質(zhì)量百分比濃度98％的硫酸和雙氧水，靜置12h～24h，之后將玻璃片取出，是用去離子水沖洗得到第三預(yù)處理玻璃片；(E)將第三預(yù)處理玻璃片加入質(zhì)量百分比為0.5％～2％的氫氟酸溶液，浸泡2～5min后，取出，置于基座上；步驟三鍵合操作(A)加熱基座至溫度80℃～120℃，并在此溫度下保持恒溫；(B)將步驟二處理得到的玻璃基片平鋪在基座上；(C)將步驟一制得的硅質(zhì)殼均勻撒在玻璃基片上，并滴加20μl～100μl的氫氟酸溶液，形成預(yù)鍵合體；(D)在預(yù)鍵合體上平鋪防腐蝕片；(E)在防腐蝕片上方加載壓力的條件下處理2h～5h后，取出，即得到微流體基片；壓力條件為在單位面積(1cm×1cm)玻璃基片上施加壓力為50N～200N。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，其特征在于步驟一 中的步驟(C)為去除雜質(zhì)和除硫酸處理，重復(fù)進(jìn)行此步驟的操作可以為2次 7次。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，其特征在于步驟三 中所選用的防腐蝕片選用環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等高分子材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，其特征在于在25°C 溫度下時(shí)硅藻殼體或硅藻土與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為5MPa llMPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，該方法在保證硅藻殼體或硅藻土較為完整的前提下將其通過(guò)氫氟酸鍵合在玻璃表面上。在鍵合過(guò)程中不添加粘接劑，并且制得的微流體基片中保持了硅藻殼體或硅藻土原有的豐富外形、特有的納米級(jí)多孔微結(jié)構(gòu)，使得該微流體基片能夠在生物芯片領(lǐng)域發(fā)揮自動(dòng)裝載檢測(cè)探針和吸附靶分子作用。在25℃溫度下時(shí)硅藻殼體或硅藻土與玻璃片的鍵合強(qiáng)度為5MPa～11MPa。
文檔編號(hào)C03C17/22GK101786799SQ201010033700
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者張德遠(yuǎn), 李文, 潘駿峰, 王瑜, 蔡軍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)