专利名称：一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法
技术领域：
本发明涉及一种氢氟酸的键合方法，更特别地说，是指一种将硅藻壳体或硅藻土
硅藻壳体或硅藻土与玻璃键合固定的方法。键合得到的产物可用作生物芯片等微流体基 片。
背景技术：
硅藻是一种在自然界广泛存在的微生物。同其他微生物相比，它有着比较特殊的 材质及结构(如球形、片形、环形、盘形、圆筒形、杆形、舟形等)。首先，硅藻壳体的材质绝 大部分由二氧化硅构成；其次，单体硅藻有着几微米到几十微米的体积，内部拥有空腔结 构，表面拥有着使用机械方法难以加工出来的纳米级微 L。因此，单体硅藻表面纳米级微孔 不仅具有吸附微小颗粒的作用，同时也具有过滤较大颗粒杂质以及缓慢释放内部液体的功 能，其内部空腔还具有保存功能颗粒以及液体的功能。 硅藻土作为化石化的硅藻在自然界中作为矿产大量存在着，因而来源广泛、价格 低廉、且不再含有蛋白质等有机质。除此之外，同硅藻相比，硅藻土依然具有多样的外形、独 特的壳体结构、大比表面积、高孔隙率、低密度、耐高温等优良性质。 微流体基片，是结合生物技术、微电子、微机械等技术，把实验室中许多仪器的功 能縮小到芯片上来处理。其具有的微小尺寸以及功能的高集成度，主要应用于微量样品的 制备、进样、反应及检测。当夹杂有靶分子的流体流过微流体基片上的微流道时，微流体基 片上的检测探针会与靶分子结合，完成检测反应。 近年来，微电子技术得到了广泛的应用和发展。作为MEMS制作和封装的重要技术 之一，键合逐渐成为微电子制造中的一项关键工艺。由于玻璃具有良好的电绝缘性、透光 性、化学稳定性和机械强度，并能与IC工艺兼容，因此玻璃成为MEMS制造中仅次于硅的使 用最多的材料，玻璃之间的键合工艺也越发重要。 硅藻壳体或硅藻土和玻璃的材质绝大部分由二氧化硅构成，二者完全具备键合的 基本要求。正为重要的是硅藻壳体或硅藻土尺寸仅为微米级，其表面有难以用机械方法加 工出来的纳米级微孔，若能在保证其外壳形状的前提下将其与玻璃键合形成复合基片，可 以使其在生物芯片(Bio-MEMS)领域发挥吸附、缓湿等重要作用。 阳极键合和直接键合方式要求两个键合平面必须紧密贴合，因此参与键合的两个 平面常为平整度较高的大面积玻璃片；高温键合后键合界面处会出现材料的大量破坏，而 且条件较为难以控制。以上键合方式均不能满足硅藻壳体或硅藻土和玻璃的键合要求。而 氢氟酸可以使硅藻壳体或硅藻土与玻璃结合处材质发生反应，在保证硅藻微米级空腔及表 面纳米级微孔结构较少被破坏的情况下，达到键合的目的。
发明内容
本发明的目的是提出一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，该方法在保证硅 藻壳体或硅藻土较为完整的前提下将其通过氢氟酸键合在玻璃表面上。在键合过程中不添加粘接剂，并且制得的微流体基片中保持了硅藻壳体或硅藻土原有的丰富外形、特有的纳 米级多孔微结构，使得该微流体基片能够在生物芯片领域发挥自动装载检测探针和吸附靶 分子作用。 本发明的一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，包括有下列步骤
步骤一 从硅藻或硅藻土中制得硅质壳
( — )从硅藻中制得硅质壳的步骤有 (A)将硅藻放入质量百分比浓度为50% 70%的硫酸中进行混合得到硅藻悬浮 液； 用量lg的硅藻中加入40ml 60ml的硫酸； (B)将硅藻悬浮液在9(TC 10(TC温度下保温5min 30min之后取出放入离心机 中；在3000r/min 7000r/min的转速下离心8min 20min后，取出，除去上层清液，得到 第一混合物； (C)在第一混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (C-l)在第二混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第三混合物；用量10ml的第二混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (C-2)在第三混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (C-3)在第四混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (D)将第五混合物放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W 1000W、工作 频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分 离，过滤得到滤布上层物(第一上层物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔
径为5 ii m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml 100ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在110 150。C温度下干燥4h 6h后制得硅质壳； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为O. 5X 2X的氢氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 ( 二 )从硅藻土中制得硅质壳的步骤有 (D)将硅藻土 (第五混合物)放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔径为5 y m 20ym的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物(第一上层物)；
用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔
径为5 ii m 20 ii m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml 100ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在110 150。C温度下干燥4h 6h后制得硅质壳； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为O. 5X 2X的氢氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min得到第一预处理玻璃 片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下 超声清洗10min 30min后，得到第二预处理玻璃片； (D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双 氧水，静置12h 24h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片；
(E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比为0. 5% 2%的氢氟酸溶液，浸泡2 5min后，取出，置于基座上；
步骤三键合操作 (A)加热基座至温度80°C 120°C ，并在此温度下保持恒温；
(B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加20 iU 100 iU的氢氟 酸溶液，形成预键合体； (D)在预键合体上平铺防腐蚀片； (E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理2h 5h后，取出，即得到微流体基 片；压力条件为在单位面积(lcmX lcm)玻璃基片上施加压力为50N 200N。 本发明将硅藻壳体或硅藻土用氢氟酸键合在玻璃表面的方法的优点在于 1、键合过程中没有加入任何粘接剂，氢氟酸与二氧化硅反应后将以气体的形式挥
发掉从而不会有任何残余物，因此此方法得到的键合基片在实际应用中具有很高的可靠
性，在生物芯片的应用中可以保证检测不会有杂质影响检测结果。 2、本发明的键合方法不同于高温键合方法，高温键合影响了硅质壳的形貌，而本
发明在80°C 12(TC温度下进行，保证了硅藻的完整性以及微孔尺寸的稳定性。 3、由于参与键合的硅藻壳体或硅藻土形状尺寸多种多样，如圆盘状、月牙状、球
状、杆状、丝状等，并且表面拥有不同微纳米尺寸的微孔结构，可以通过不同形状的硅藻壳
体或硅藻土制作多种微流道生物芯片。 4、硅藻的微孔结构拥有自动装载检测探针和吸附靶分子功能，能够提高生物芯片的检测效率。
图1是本发明键合装置的结构示意图。 图2是桥弯藻经处理后的硅质壳形貌的电镜照片。 图2A是图2中单个桥弯藻形貌的放大电镜照片。 图2B是桥弯藻硅质壳键合在玻璃片上的电镜照片。 图3是圆筛藻硅质壳的形貌的电镜照片。 图3A是圆筛藻硅质壳键合在玻璃片上的电镜照片。 图4是产地为浙江嵊州直链藻硅藻土的原始形貌的电镜照片。 图4A是直链藻硅质壳的形貌的电镜照片。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 本发明是一种将硅藻壳体或硅藻土使用氢氟酸键合在玻璃片上的方法，该方法中 使用的硅藻壳体或硅藻土是自然界中存在的，因此使用到的硅藻壳体或硅藻土有多种几何 形状。 本发明是一种将硅藻壳体或硅藻土使用氢氟酸键合在玻璃片上的方法。硅藻壳体 或硅藻土与玻璃氢氟酸键合的步骤有 步骤一 从硅藻或硅藻土中制得硅质壳 [ooee]( — )从硅藻中制得硅质壳的步骤有 (A)将硅藻放入质量百分比浓度为50 % 70%的硫酸中进行混合得到硅藻悬浮 液； 用量lg的硅藻中加入40ml 60ml的硫酸； (B)将硅藻悬浮液在90°C 100。C温度下保温5min 30min之后取出放入离心机 中；在3000r/min 7000r/min的转速下离心8min 20min后，取出，除去上层清液，得到 第一混合物； (C)在第一混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml 60ml的去离子水； 在本发明中，步骤(C)为去除杂质和除硫酸处理，重复进行此步骤的操作可以为2 次 7次。 (C-l)在第二混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (C-2)在第三混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心
8min 20min取出，除去上层清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (C-3)在第四混合物中加入去离子水，在3000r/min 7000r/min的转速下离心8min 20min取出，除去上层清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml 60ml的去离子水； (D)将第五混合物放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W 1000W、工作 频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分 离，过滤得到滤布上层物(第一上层物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔
径为5 ii m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml 100ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在110 150。C温度下干燥4h 6h后制得硅质壳； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为O. 5X 2X的氢氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 在本发明中，步骤(D)以前的处理步骤为对硅藻的去除有机质的处理，该有机质 主要为蛋白质。
( 二 )从硅藻土中制得硅质壳的步骤有 (D)将硅藻土放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W 1000W、工作频率 28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔径为5 y m 20 y m的滤布进 行分离，过滤得到滤布上层物(第一上层物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml 100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min后，使用孔
径为5 ii m 20 ii m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml 100ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在110 150。C温度下干燥4h 6h后制得硅质壳； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为O. 5X 2X的氢氟酸溶液中浸泡2min
5min后，取出，置于玻璃基片上。 在本发明中，若采用硅藻土获得硅质壳，则不需要步骤(D)以前的处理步骤。因 为，硅藻土是作为化石化的硅藻在自然界中作为矿产大量存在着，其原材料皆为硅藻遗骸 形成的土矿，有机质早已分解。
步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；
玻璃片的长宽为1. 5cmXlcm，对于玻璃片的厚度不作要求； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下超声清洗10min 30min得到第一预处理玻璃 片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W 1000W、工作频率28KHz 40KHz的条件下 超声清洗10min 30min后，得到第二预处理玻璃片；
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(D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双 氧水，静置12h 24h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片；
在本发明中，步骤(D)的处理是为了在第二预处理玻璃片上增加羟基，有利于提 高在键合过程中的硅藻壳体与基片的键合强度。 (E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比为0. 5% 2%的氢氟酸溶液，浸泡2
5min后，取出，置于基座上； 步骤三键合操作(参见图1所示) (A)加热基座至温度80°C 120°C ，并在此温度下保持恒温；
(B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加20 100 的氢氟
酸溶液，形成预键合体； (D)在预键合体上平铺防腐蚀片； 在本发明中，防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。 (E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理2h 5h后，取出，即得到微流体基 片；压力条件为在单位面积(lcmX 1cm)玻璃基片上施加压力为50N 200N ;
实施例1 :桥弯藻壳体与玻璃片的键合方法
步骤一 从桥弯藻中制得硅质壳 (A)将桥弯藻放入质量百分比浓度为70%的硫酸中进行混合得到硅藻悬浮液；
用量lg的桥弯藻中加入60ml的硫酸； (B)将硅藻悬浮液在9(TC温度下保温lOmin之后取出放入离心机中；在7000r/ min的转速下离心20min后，取出，除去上层清液，得到第一混合物； (C)在第一混合物中加入去离子水，在7000r/min的转速下离心8min取出，除去上 层清液，得到第二混合物； 用量10ml的第一混合物中加入60ml的去离子水； (C-l)在第二混合物中加入去离子水，在7000r/min的转速下离心8min取出，除去 上层清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入60ml的去离子水； (C-2)在第三混合物中加入去离子水，在7000r/min的转速下离心8min取出，除去 上层清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入60ml的去离子水； (C-3)在第四混合物中加入去离子水，在7000r/min的转速下离心8min取出，除去 上层清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入60ml的去离子水； (D)将第五混合物放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率800W、工作频率 28KHz的条件下超声清洗15min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物 (第一上层物)； 用量10ml的第五混合物中加入50ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在功率800W、工作频率28KHz的条件下超声清洗15min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分离，
过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在12(TC温度下干燥4h后制得硅质壳，其形貌如图2、图2A所 示，从图中可以看出，桥弯藻硅质壳上有明显的微孔，无有机质存在； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为1X的氢氟酸溶液中浸泡2min后，取出，置于 玻璃基片上。 步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；
玻璃片的长宽为1.5cmXlcm，对于玻璃片的厚度不作要求； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率700W、 工作频率28KHz的条件下超声清洗10min得到第一预处理玻璃片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W、工作频率28KHz的条件下超声清洗10min 后，得到第二预处理玻璃片； (D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双
氧水，静置24h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片； (E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比浓度为1X的氢氟酸溶液，浸泡2min后，
取出，置于基座上； 步骤三键合操作(参见图1所示) (A)加热基座至温度80°C ，并在此温度下保持恒温； (B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加50 iU的氢氟酸溶液，形 成预键合体； (D)在预键合体上平铺防腐蚀片； 在本发明中，防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。
(E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理3h后，取出，即得到微流体基片；压力条件为在单位面积(lcmXlcm)玻璃基片上施加压力为50N。 采用微操作仪对实施例1制得的微流体基片进行键合强度测试在25t:温度下测
得，桥弯藻与玻璃片的键合强度为7. 65MPa(参见图2B所示)。 ^MMl:小环藻壳体与玻璃片的键合方法 步骤一 从小环藻中制得硅质壳 (A)将小环藻放入质量百分比浓度为50%的硫酸中进行混合得到硅藻悬浮液；
用量lg的桥弯藻中加入40ml的硫酸； (B)将硅藻悬浮液在IO(TC温度下保温30min之后取出放入离心机中；在3000r/ min的转速下离心30min后，取出，除去上层清液，得到第一混合物； (C)在第一混合物中加入去离子水，在3000r/min的转速下离心20min取出，除去 上层清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml的去离子水；
(C-l)在第二混合物中加入去离子水，在3000r/min 去上层清液，得到第三混合物； 用量10ml的第二混合物中加入40ml的去离子水；
(C-2)在第三混合物中加入去离子水，在3000r/min 去上层清液，得到第四混合物； 用量10ml的第三混合物中加入40ml的去离子水；
(C-3)在第四混合物中加入去离子水，在3000r/min 去上层清液，得到第五混合物； 用量10ml的第四混合物中加入40ml的去离子水；
(C-4)在第五混合物中加入去离子水，在3000r/min 去上层清液，得到第六混合物； 用量10ml的第五混合物中加入40ml的去离子水； [OWO] (C-5)在第六混合物中加入去离子水，在3000r/min 去上层清液，得到第七混合物； 用量10ml的第六混合物中加入40ml的去离子水；
(D)将第七混合物放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率1000W、工作频率 40KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物 (第一上层物)； 用量10ml的第五混合物中加入100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率1000W、工作频率40KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分
离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入100ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在15(TC温度下干燥6h后制得硅质壳； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为2X的氢氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于 玻璃基片上。 步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；
玻璃片的长宽为1. 5cmXlcm，对于玻璃片的厚度不作要求； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率IOOOW、 工作频率40KHz的条件下超声清洗30min得到第一预处理玻璃片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率1000W、工作频率40KHz的条件下超声清洗30min 后，得到第二预处理玻璃片； (D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双
氧水，静置15h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片； (E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比浓度为2X的氢氟酸溶液，浸泡4min后，
取出，置于基座上； 步骤三键合操作(参见图1所示)
的转速下呙心20min取出，除 的转速下离心20min取出，除 的转速下离心20min取出，除 的转速下离心20min取出，除 的转速下离心20min取出，除
(A)加热基座至温度IO(TC ，并在此温度下保持恒温；
(B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加20 的氢氟酸溶液，形 成预键合体； (D)在预键合体上平铺防腐蚀片； 在本发明中，防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。
(E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理3h后，取出，即得到微流体基片；压力条件为在单位面积(lcmXlcm)玻璃基片上施加压力为IOON。 采用微操作仪对实施例2制得的微流体基片进行键合强度测试在25t:温度下测
得，小环藻与玻璃片的键合强度为6. 80MPa。 ^MMl :圆筛藻硅藻土壳体与玻璃片的键合实验 步骤一 从圆筛藻硅藻土中制得硅质壳的步骤有 (D)将圆筛藻硅藻土放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率1000W、工作频率 40KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为20 y m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层 物(第一上层物)； 用量10ml的第二混合物中加入100ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在 功率1000W、工作频率40KHz的条件下超声清洗10min后，使用孔径为20 y m的滤布进行分 离，过滤得到滤布上层物(第二上层物)；
用量lg的第一上层物中加入80ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在15(TC温度下干燥6h后制得硅质壳，如图3所示； (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为2X的氢氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于
玻璃基片上。 步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；
玻璃片的长宽为1. 5cmXlcm，对于玻璃片的厚度不作要求； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率IOOOW、 工作频率40KHz的条件下超声清洗30min得到第一预处理玻璃片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率1000W、工作频率40KHz的条件下超声清洗10min 后，得到第二预处理玻璃片； (D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双
氧水，静置12h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片； (E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比为2X的氢氟酸溶液，浸泡5min后，取
出，置于基座上； 步骤三键合操作(参见图1所示) (A)加热基座至温度120°C ，并在此温度下保持恒温； (B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加90 i！ 1的氢氟酸溶液，形
12成预键合体； (D)在预键合体上平铺防腐蚀片； 在本发明中，防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。
(E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理5h后，取出，即得到微流体基片；压力条件为在单位面积(lcmX 1cm)玻璃基片上施加压力为150N ; 采用微操作仪对实施例3制得的微流体基片进行键合强度测试在25t:温度下测
得，硅藻土与玻璃片的键合强度为10MPa，如图3A所示。 实施例4 :浙江嵊州直链藻硅藻土壳体与玻璃片的键合实验 步骤一 从浙江嵊州直链藻硅藻土中制得硅质壳的步骤有 使用浙江嵊州直链藻硅藻土 (其形貌如图4所示)，粒径200目，其原材料皆为硅 藻遗骸形成的土矿，有机质早已分解。 (D)将直链藻硅藻土放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W、工作频率 28KHz的条件下超声清洗10min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分离，过滤得到滤布上层物 (第一上层物)； 用量10ml的第二混合物中加入50ml的去离子水； (E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95%的无水乙醇，在
功率700W、工作频率28KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5 y m的滤布进行分离，
过滤得到滤布上层物(第二上层物)； 用量lg的第一上层物中加入50ml的无水乙醇； (F)将第二上层物在110。C温度下干燥6h后制得硅质壳，如图4A; (G)将硅质壳放入质量百分比浓度为1X的氢氟酸溶液中浸泡5min后，取出，置于
玻璃基片上。 步骤二玻璃片的预处理 (A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；
玻璃片的长宽为1. 5cmXlcm，对于玻璃片的厚度不作要求； (B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率700W、 工作频率28KHz的条件下超声清洗15min得到第一预处理玻璃片； (C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95%的无水乙醇中， 并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W、工作频率28KHz的条件下超声清洗30min 后，得到第二预处理玻璃片； (D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98%的硫酸和双
氧水，静置20h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片； (E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比为1X的氢氟酸溶液，浸泡5min后，取
出，置于基座上； 步骤三键合操作(参见图1所示) (A)加热基座至温度IO(TC ，并在此温度下保持恒温； (B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上； (C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加100 i！ 1的氢氟酸溶液， 形成预键合体；
(D)在预键合体上平铺防腐蚀片； 在本发明中，防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。
(E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理5h后，取出，即得到微流体基片；压力条件为在单位面积(lcmX 1cm)玻璃基片上施加压力为200N ; 采用微操作仪对实施例4制得的微流体基片进行键合强度测试在25t:温度下测
得，硅藻土与玻璃片的键合强度为8. 37MPa。 本发明将生物体——硅藻(硅藻土 )键合在玻璃片上形成微流体基片，硅藻可以 利用及特殊的外形结构来以较大的强度自主吸附并装载检测探针及靶分子。不仅如此，因 检测范围基本集中于硅藻表面区域，而非均匀的分布于整个基片之上，硅藻键合形成的玻 璃基片可以提高检测的灵敏度和准确度。最后，因硅藻有一定的空腔结构，可以利用此空腔 结构保存一定水分并透过纳米级微孔缓慢释放，使检测探针保持在一个湿润的环境中从而 提高工作效率。
1权利要求
一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，其特征在于有下列步骤步骤一从硅藻或硅藻土中制得硅质壳(一)从硅藻中制得硅质壳的步骤有(A)将硅藻放入质量百分比浓度为50％～70％的硫酸中进行混合得到硅藻悬浮液；用量1g的硅藻中加入40ml～60ml的硫酸；(B)将硅藻悬浮液在90℃～100℃温度下保温5min～30min之后取出放入离心机中；在3000r/min～7000r/min的转速下离心8min～20min后，取出，除去上层清液，得到第一混合物；(C)在第一混合物中加入去离子水，在3000r/min～7000r/min的转速下离心8min～20min取出，除去上层清液，得到第二混合物；用量10ml的第一混合物中加入40ml～60ml的去离子水；(C-1)在第二混合物中加入去离子水，在3000r/min～7000r/min的转速下离心8min～20min取出，除去上层清液，得到第三混合物；用量10ml的第二混合物中加入40ml～60ml的去离子水；(C-2)在第三混合物中加入去离子水，在3000r/min～7000r/min的转速下离心8min～20min取出，除去上层清液，得到第四混合物；用量10ml的第三混合物中加入40ml～60ml的去离子水；(C-3)在第四混合物中加入去离子水，在3000r/min～7000r/min的转速下离心8min～20min取出，除去上层清液，得到第五混合物；用量10ml的第四混合物中加入40ml～60ml的去离子水；(D)将第五混合物放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第一上层物；用量10ml的第二混合物中加入50ml～100ml的去离子水；(E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95％的无水乙醇，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第二上层物；用量1g的第一上层物中加入50ml～100ml的无水乙醇；(F)将第二上层物在110～150℃温度下干燥4h～6h后制得硅质壳；(G)将硅质壳放入质量百分比浓度为0.5％～2％的氢氟酸溶液中浸泡2min～5min后，取出，置于玻璃基片上；(二)从硅藻土中制得硅质壳的步骤有(D)将硅藻土放入玻璃容器中，并加入去离子水，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min后，使用孔径为5μm～20μm的滤布进行分离，过滤得到第一上层物；用量10ml的第二混合物中加入50ml～100ml的去离子水；(E)将第一上层物放入玻璃容器中，并加入质量百分比浓度95％的无水乙醇，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min后，使用孔径为5μm～20μm的滤布进行分离，过滤得到第二上层物；用量1g的第一上层物中加入50ml～100ml的无水乙醇；(F)将第二上层物在110～150℃温度下干燥4h～6h后制得硅质壳；(G)将硅质壳放入质量百分比浓度为0.5％～2％的氢氟酸溶液中浸泡2min～5min后，取出，置于玻璃基片上；步骤二玻璃片的预处理(A)按照设定尺寸截取玻璃片，并用去离子水冲洗玻璃片；(B)将清洗后的玻璃片放入玻璃容器中，并加入100ml的去离子水，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min得到第一预处理玻璃片；(C)将第一预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇中，并将玻璃容器置于超声清洗机中，在功率700W～1000W、工作频率28KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～30min后，得到第二预处理玻璃片；(D)将第二预处理玻璃片放入玻璃容器中，加入质量百分比浓度98％的硫酸和双氧水，静置12h～24h，之后将玻璃片取出，是用去离子水冲洗得到第三预处理玻璃片；(E)将第三预处理玻璃片加入质量百分比为0.5％～2％的氢氟酸溶液，浸泡2～5min后，取出，置于基座上；步骤三键合操作(A)加热基座至温度80℃～120℃，并在此温度下保持恒温；(B)将步骤二处理得到的玻璃基片平铺在基座上；(C)将步骤一制得的硅质壳均匀撒在玻璃基片上，并滴加20μl～100μl的氢氟酸溶液，形成预键合体；(D)在预键合体上平铺防腐蚀片；(E)在防腐蚀片上方加载压力的条件下处理2h～5h后，取出，即得到微流体基片；压力条件为在单位面积(1cm×1cm)玻璃基片上施加压力为50N～200N。
2. 根据权利要求1所述的硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，其特征在于步骤一 中的步骤(C)为去除杂质和除硫酸处理，重复进行此步骤的操作可以为2次 7次。
3. 根据权利要求1所述的硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，其特征在于步骤三 中所选用的防腐蚀片选用环氧树脂、硅橡胶等高分子材料。
4. 根据权利要求1所述的硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，其特征在于在25°C 温度下时硅藻壳体或硅藻土与玻璃片的键合强度为5MPa llMPa。
全文摘要
本发明公开了一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，该方法在保证硅藻壳体或硅藻土较为完整的前提下将其通过氢氟酸键合在玻璃表面上。在键合过程中不添加粘接剂，并且制得的微流体基片中保持了硅藻壳体或硅藻土原有的丰富外形、特有的纳米级多孔微结构，使得该微流体基片能够在生物芯片领域发挥自动装载检测探针和吸附靶分子作用。在25℃温度下时硅藻壳体或硅藻土与玻璃片的键合强度为5MPa～11MPa。
文档编号C03C17/22GK101786799SQ201010033700
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者张德远, 李文, 潘骏峰, 王瑜, 蔡军 申请人:北京航空航天大学