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，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)，表面擁有著使用機械方法難以加工出來的納米級微 L。因此，單體硅藻表面納米級微孔 不僅具有吸附微小顆粒的作用，同時也具有過濾較大顆粒雜質(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，因而來源廣泛、價格 低廉、且不再含有蛋白質(zhì)等有機質(zhì)。除此之外，同硅藻相比，硅藻土依然具有多樣的外形、獨 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、微機械等技術(shù)，把實驗室中許多儀器的功 能縮小到芯片上來處理。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、進樣、反應(yīng)及檢測。當(dāng)夾雜有靶分子的流體流過微流體基片上的微流道時，微流體基 片上的檢測探針會與靶分子結(jié)合，完成檢測反應(yīng)。 近年來，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)定性和機械強度，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，其表面有難以用機械方法加 工出來的納米級微孔，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。 陽極鍵合和直接鍵合方式要求兩個鍵合平面必須緊密貼合，因此參與鍵合的兩個 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)，在保證硅藻微米級空腔及表 面納米級微孔結(jié)構(gòu)較少被破壞的情況下，達到鍵合的目的。

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氫氟酸鍵合在玻璃表面上。在鍵合過程中不添加粘接劑，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)揮自動裝載檢測探針和吸附靶 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 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的濾布進行分 離，過濾得到濾布上層物(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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物(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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物(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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物(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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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)點在于 1、鍵合過程中沒有加入任何粘接劑，氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)后將以氣體的形式揮
發(fā)掉從而不會有任何殘余物，因此此方法得到的鍵合基片在實際應(yīng)用中具有很高的可靠
性，在生物芯片的應(yīng)用中可以保證檢測不會有雜質(zhì)影響檢測結(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)擁有自動裝載檢測探針和吸附靶分子功能，能夠提高生物芯片的檢測效率。


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。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。 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 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的濾布進行分 離，過濾得到濾布上層物(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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物(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硅藻的去除有機質(zhì)的處理，該有機質(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 行分離，過濾得到濾布上層物(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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物(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；
玻璃片的長寬為1. 5cmXlcm，對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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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；
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(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 高在鍵合過程中的硅藻殼體與基片的鍵合強度。 (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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物 (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的濾布進行分離，
過濾得到濾布上層物(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，無有機質(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；
玻璃片的長寬為1.5cmXlcm，對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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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。 采用微操作儀對實施例1制得的微流體基片進行鍵合強度測試在25t:溫度下測
得，橋彎藻與玻璃片的鍵合強度為7. 65MPa(參見圖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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物 (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的濾布進行分
離，過濾得到濾布上層物(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；
玻璃片的長寬為1. 5cmXlcm，對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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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。 采用微操作儀對實施例2制得的微流體基片進行鍵合強度測試在25t:溫度下測
得，小環(huán)藻與玻璃片的鍵合強度為6. 80MPa。 ^MMl :圓篩藻硅藻土殼體與玻璃片的鍵合實驗 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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層 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的濾布進行分 離，過濾得到濾布上層物(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；
玻璃片的長寬為1. 5cmXlcm，對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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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 ; 采用微操作儀對實施例3制得的微流體基片進行鍵合強度測試在25t:溫度下測
得，硅藻土與玻璃片的鍵合強度為10MPa，如圖3A所示。 實施例4 :浙江嵊州直鏈藻硅藻土殼體與玻璃片的鍵合實驗 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的濾布進行分離，過濾得到濾布上層物 (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的濾布進行分離，
過濾得到濾布上層物(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；
玻璃片的長寬為1. 5cmXlcm，對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%的無水乙醇中， 并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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 ; 采用微操作儀對實施例4制得的微流體基片進行鍵合強度測試在25t:溫度下測
得，硅藻土與玻璃片的鍵合強度為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)來以較大的強度自主吸附并裝載檢測探針及靶分子。不僅如此，因 檢測范圍基本集中于硅藻表面區(qū)域，而非均勻的分布于整個基片之上，硅藻鍵合形成的玻 璃基片可以提高檢測的靈敏度和準(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納米級微孔緩慢釋放，使檢測探針保持在一個濕潤的環(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的濾布進行分離，過濾得到第一上層物；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的濾布進行分離，過濾得到第二上層物；用量1g的第一上層物中加入50ml～100ml的無水乙醇；(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的濾布進行分離，過濾得到第一上層物；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的濾布進行分離，過濾得到第二上層物；用量1g的第一上層物中加入50ml～100ml的無水乙醇；(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％的無水乙醇中，并將玻璃容器置于超聲清洗機中，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 溫度下時硅藻殼體或硅藻土與玻璃片的鍵合強度為5MPa llMPa。
全文摘要
本發(fā)明公開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氫氟酸鍵合在玻璃表面上。在鍵合過程中不添加粘接劑，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)揮自動裝載檢測探針和吸附靶分子作用。在25℃溫度下時硅藻殼體或硅藻土與玻璃片的鍵合強度為5MPa～11MPa。
文檔編號C03C17/22GK101786799SQ201010033700
公開日2010年7月28日 申請日期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, 李文, 潘駿峰, 王瑜, 蔡軍 申請人:北京航空航天大學(xué)