一種硅藻在pdms表面的圖案化鍵合加工方法
2024-02-11 00:30:15 1
專利名稱：一種硅藻在pdms表面的圖案化鍵合加工方法
一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法技術領域
本發明提供一種用來製作生物晶片的硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法， 它是硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，即涉及一種製作生物晶片基片/微流體基片的加工方法，更特別地說，是指一種將硅藻圖案化鍵合在PDMS(聚二甲基矽氧烷)基片上的方法。屬於生物檢測、微流體系統技術領域。
背景技術：
硅藻是一種單細胞水生微藻，現存11000餘種。硅藻細胞單體尺寸2微米 5毫米不等，細胞外包覆有無色透明的非晶態二氧化矽外殼，具有多種形狀(如球形、片形、環形、盤形、圓筒形、杆形、舟形等)和多級微納米孔結構。硅藻殼體比表面積巨大，可吸附蛋白質、酶等其他納米顆粒，同時規則排布的均一微孔也具有過濾以及控釋功能。硅藻土作為硅藻殼體的沉積物在自然界中作為礦產大量存在著，來源廣泛、價格低廉。上世紀初，硅藻土礦被大量開採並廣泛應用於工業，開發出硅藻土吸附劑、助濾劑、保溫材料、隔音材料等高產量的產品。我國硅藻土探明儲量居世界第二。
生物晶片指藉助微加工和微電子技術，將大量已知序列的核酸或蛋白質片段有序地組合在一個微小基片表面，通過與標記的核酸或蛋白質分子進行反應，分析待檢標本的相應成分。微流體基片，是結合生物技術、微電子、微機械等技術，把實驗室中許多儀器的功能縮小到晶片上來處理。其具有的微小尺寸以及功能的高集成度，在生物檢測領域可用於微量樣品的製備、進樣、反應及檢測。當夾雜有靶分子的流體流過生物晶片或微流體基片上的微流道時，檢測基片上的檢測探針會與靶分子結合，發出螢光或其他電信號，完成檢測反應。為了保證檢測的高通量，常在基片表面或流道內製作陣列化的檢測點陣。發明內容
本發明的目的是提出一種將硅藻圖案化鍵合在PDMS(聚二甲基矽氧烷)基片表面的加工方法，該加工方法通過PDMS清洗固定一旋塗光刻膠一光刻圖案微坑一密排硅藻一紫外鍵合一冷卻去膠，將硅藻圖案化固定在PDMS基片表面，使製得的複合微流體基片中表面擁有硅藻的圖案化陣列，並且保持了硅藻原有的豐富外形、以及納米級多孔微結構，使得該複合微流體基片在保證高通量的前提下，能夠在生物檢測、微流體系統等領域發揮自動裝載檢測探針、吸附富集靶分子、過濾等作用。經本發明方法製得的複合微流體基片應用到生物檢測、微流體系統等領域，能夠發揮自動裝載檢測探針、吸附靶分子、過濾等作用。
本發明一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，即用來製作生物晶片/微流體晶片的硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，包括有下列步驟
步驟一硅藻的預處理
將硅藻加入去離子水中攪拌均勻得到硅藻混濁液；
用量在1克的硅藻中加入15毫升 20毫升的去離子水；
其中，所述的硅藻是指淡水硅藻、海水硅藻、硅藻殼體或硅藻土等；淡水硅藻或海水硅藻還包括有圓篩藻、橋彎藻、菱形藻等；硅藻殼體還包括有圓篩藻殼體、橋彎藻殼體、菱形藻殼體等；硅藻土還包括圓篩藻硅藻土、直鏈藻硅藻土等。
步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理
(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；
(B)向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率^KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第一預處理PDMS基片；
(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的丙酮；然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率^KHz 40KHZ的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第二預處理 PDMS基片；
(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95%的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率 28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；
(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固PDMS基片；
步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案
(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為500轉 /分鐘 800轉/分鐘的條件下，滴加入0. 5毫升 2毫升的光刻膠正膠；在第二轉速為 1500轉/分鐘 2500轉/分鐘的條件下，勻膠10秒 20秒後，得到第一複合基片；
(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C 110°C，並在此溫度下進行前烘處理1分鐘 2分鐘，得到第二複合基片；
(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光10秒 20秒後，得到第三複合基片；
(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為40% 60%的顯影液中浸泡10秒 20秒後取出，然後用去離子水中浸泡7秒 15秒定影后，得到第四複合基片；
(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至110°C 130°C，並在此溫度下進行後烘處理1分鐘 3分鐘後取出；
(F)在20°C 35°C溫度下冷卻10分鐘 15分鐘後得到第五複合基片；
步驟四硅藻圖案化與定位
(A)在第五複合基片表面均勻滴加硅藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C 120°C，並在此溫度下進行加熱處理2分鐘 4分鐘，得到第六複合基片；
用量1平方釐米的第五複合基片上滴加50微升 100微升的硅藻混濁液；
(B)將第六複合基片在20°C 35°C溫度下冷卻7分鐘 10分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在4支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光2 3小時後，得到第六複合基片；
(C)將第六複合基片在20°C 35°C溫度無塵環境中放置48 72小時後，得到第七複合基片；
(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡1分鐘 3分鐘後取出，去離子水衝洗10秒，得到硅藻圖案化PDMS基片。
其中，光刻膠去膠液可以是北京科華微電子材料有限公司的BP系列紫外正膠去膜劑、美國Futurrex公司的RR4/41去膠液、美國J. T. baker公司的PRS3000去膠液、或者韓國東進的型號為DTNS-T4000的去膠液中的一種。
上述方法製得的硅藻圖案化PDMS基片對蛋白質具有80% 85%的吸附性，能夠自動裝載檢測探針並吸附靶分子。
本發明一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其優點和功效如下
①硅藻在PDMS基片表面的圖案化排列是通過氣-液界面張力組裝完成的，相比於接觸點樣修飾表面、微操作儀撥動等陣列化排布加工方法，本發明加工方法具有高效率、低成本、無汙染等優點。
②在硅藻的固定步驟中，採用紫外照射方法使PDMS表面產生更多矽羥基與硅藻殼體形成化學交聯鍵合，是一種無粘結劑、無施壓加熱、低成本的鍵合固定方法，能夠保證硅藻殼體結構的完整性、微孔通透性以及巨大比表面積，從而保證複合微流體基片具有自動裝載檢測探針、吸附靶分子、過濾的功能。
③本發明製得複合微流體基片上的硅藻，因其微孔結構具有自動裝載檢測探針和吸附靶分子功能，能夠提高生物晶片的單位信號強度以及檢測準確度。
④由於複合微流體基片上固定的硅藻具有陣列化分布，因此可以同時檢測大量不同靶分子，達到檢測的高通量目的。
⑤由於硅藻形狀尺寸多種多樣，如圓盤狀、筒狀、月牙狀、杆狀等，並且殼體擁有不同微納米結構和微孔繫結構，使得複合微流體基片可以利用不同形狀的硅藻製作多種微流道生物晶片。
⑥由於複合微流體基片上的硅藻殼體由二氧化矽構成，無色透明，可用於螢光檢測、電化學檢測而不會影響信號產生。
圖1是本發明PDMS表面圖案化鍵合硅藻加工方法的步驟流程框圖。
圖2是實施例1中掩模的外形結構示意圖。
圖2A是經實施例1方法製得的圓篩藻圖案化PDMS基片的SEM電鏡照片。
圖2B是基片上單個圓篩藻殼片吸附螢光蛋白的螢光顯微鏡照片。
圖3是實施例2中橋彎藻的SEM電鏡圖片。
圖3A是經實施例2方法製得的橋彎藻圖案化PDMS基片的SEM電鏡照片。
圖;3B是經實施例2方法製得的橋彎藻圖案化PDMS基片上橋彎藻吸附螢光蛋白的螢光顯微鏡照片。
圖4是經實施例3方法製得的菱形藻圖案化PDMS基片的SEM電鏡照片。
圖4A是經實施例3方法製得的菱形藻圖案化PDMS基片上橋彎藻吸附螢光蛋白的螢光顯微鏡照片。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種利光刻工藝和Si-O-Si交聯鍵合方法將硅藻圖案化固定在PDMS基片上的加工方法，該加工方法中使用的硅藻是自然界中普遍存在的，因此使用到的硅藻殼體具有多種幾何形狀，這有利於製作多種複合微流體基片。因硅藻殼體的巨大比表面積和規則排列的微孔結構，使得複合微流體基片具有自動裝載檢測探針、吸附靶分子和過濾功能，能夠提高生物晶片的檢測信號和檢測準確度。
本發明一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，它包括有下列步驟
步驟一硅藻的預處理
將硅藻加入去離子水中攪拌均勻得到硅藻混濁液；
用量在1克的硅藻中加入15毫升 20毫升的去離子水；
其中，所述的硅藻是指淡水硅藻、海水硅藻、硅藻殼體或硅藻土等；淡水硅藻或海水硅藻還包括有圓篩藻、橋彎藻、菱形藻等；硅藻殼體還包括有圓篩藻殼體、橋彎藻殼體、菱形藻殼體等；硅藻土還包括圓篩藻硅藻土、直鏈藻硅藻土等。
步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理
(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；
(B)向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率^KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第一預處理PDMS基片；
(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的丙酮。然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率^KHz 40KHZ的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第二預處理 PDMS基片；
(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95%的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率 28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；
(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固PDMS基片；
步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案
(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為500轉 /分鐘 800轉/分鐘的條件下，滴加入0. 5毫升 2毫升刻膠正膠；在第二轉速為1500轉 /分鐘 2500轉/分鐘的條件下，勻膠10秒 20秒，得到第一複合基片；
(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C 110°C，並在此溫度下進行前烘處理1分鐘 2分鐘，得到第二複合基片；
(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光10秒 20秒後，得到第三複合基片；
(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為40% 60%的顯影液中浸泡10秒 20秒後取出，然後用去離子水中浸泡7秒 15秒定影后，得到第四複合基片；
(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至110°C 130°C，並在此溫度下進行後烘處理1分鐘 3分鐘後取出；
(F)在20°C 35°C溫度下冷卻10分鐘 15分鐘後得到第五複合基片；
步驟四硅藻圖案化與定位
(A)在第五複合基片表面均勻滴加硅藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C 120°C，並在此溫度下進行加熱處理2分鐘 4分鐘，得到第六複合基片；
用量1平方釐米的第五複合基片上滴加50微升 100微升的硅藻混濁液；
(B)將第六複合基片在20°C 35°C溫度下冷卻7分鐘 10分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在4支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光2 3小時後，得到第六複合基片；
(C)將第六複合基片在20°C 35°C溫度無塵環境中放置48 72小時後，得到第七複合基片；
(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡1分鐘 3分鐘後取出，去離子水衝洗10秒，得到硅藻圖案化PDMS基片。
其中，光刻膠去膠液可以是北京科華微電子材料有限公司的BP系列紫外正膠去膜劑、美國Futurrex公司的RR4/41光刻膠去膠液、美國J. T. baker公司的PRS3000光刻膠去膠液、或者韓國東進的型號為DTNS-T4000的光刻膠去膠液中的一種。
實施例1 :PDMS表面圖案化鍵合圓篩藻殼體
步驟一圓篩藻殼體的預處理
將過濾清洗過的圓篩藻殼體加入去離子水中攪拌均勻得到圓篩藻混濁液；
用量1克的圓篩藻殼體中加入20毫升的去離子水；
圓篩藻殼體直徑40微米，厚度10微米。
步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理
(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；
(B)向玻璃容器中加入100毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率1000 瓦、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗20分鐘得到第一預處理PDMS基片；
(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入100毫升的丙酮。然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率1000瓦、工作頻率 40KHz的條件下超聲清洗20分鐘得到第二預處理PDMS基片；
(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95 %的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率1000瓦、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗20分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；
(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固PDMS基片；
步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案
(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為500轉 /分鐘的條件下，滴加入2毫升的光刻膠正膠；在第二轉速為1500轉/分鐘的條件下，勻膠 20秒後，得到第一複合基片；
(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至110°C，並在此溫度下進行前烘處理2分鐘，得到第二複合基片；
(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光20秒後，得到第三複合基片；
(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為60%的顯影液中浸泡20秒後取出，然後用去離子水中浸泡15秒定影后，得到第四複合基片；
(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至130°C，並在此溫度下進行後烘處理3分鐘後取出；
(F)在35°C溫度下冷卻15分鐘後得到第五複合基片；
熱烘板選用H0TPLATE M0DELKW-4AH CHEMAT TECHNOLOGY. INC。
步驟四圓篩藻圖案化與定位
(A)在第五複合基片表面均勻滴加圓篩藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至120°C，並在此溫度下進行加熱處理4分鐘，得到第六複合基片；
用量1平方釐米的第五複合基片上滴加100微升的圓篩藻混濁液；
(B)將第六複合基片在35°C溫度下冷卻10分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在 4支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光3小時後，得到第六複合基片；
(C)將第六複合基片在35°C溫度無塵環境中放置72小時後，得到第七複合基片；
(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡3分鐘後取出，去離子水衝洗10秒， 得到圓篩藻圖案化PDMS基片，圖2A為製得基片的SEM電鏡照片。
光刻膠去膠液選用北京科華微電子材料有限公司的BP系列紫外正膠去膜劑。
將實施例1製得的圓篩藻圖案化PDMS基片進行吸附測試
將圓篩藻圖案化PDMS基片置於暗室，在其表面滴加FITC螢光素標記的蛋白質懸浮液，靜置30分鐘後，在螢光顯微鏡下觀察單個圓篩藻表面及周圍區域，得到如圖2B的照片。圖2B的照片中，說明圓篩藻圖案化PDMS基片對螢光蛋白具有80%的吸附性，能夠自動裝載檢測探針並吸附靶分子。
用量1平方釐米的圓篩藻圖案化PDMS基片表面滴加40微升的裝配有FITC螢光素的蛋白質懸浮液。
實施例2 =PDMS表面圖案化鍵合橋彎藻殼體
步驟一橋彎藻殼體的預處理
將過濾清洗過的橋彎藻殼體加入去離子水中攪拌均勻得到橋彎藻混濁液；
用量1克的橋彎藻殼體中加入15毫升的去離子水；
橋彎藻殼體的電鏡圖片如圖3所示，圖中，橋彎藻尺寸為12微米X6微米X5微米。
橋彎藻殼體是培養的淡水橋彎藻細胞經過濃硫酸95°C酸洗2小時去除細胞有機質後得到的外殼。其中淡水橋彎藻細胞是從武漢中科院水生生物研究所購買菱形藻藻種， 並在北京航空航天大學仿生與微納生物製造技術研究中心培養6個月所獲得。
步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理
(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；
(B)向玻璃容器中加入50毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦、 工作頻率^KHz的條件下超聲清洗10分鐘得到第一預處理PDMS基片；9
(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入50毫升的丙酮。然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率700瓦、工作頻率 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘得到第二預處理PDMS基片；
(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95%的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗10分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；
(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固PDMS基片；
步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案
(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為800轉 /分鐘的條件下，滴加入0. 5毫升的光刻膠正膠；在第二轉速為2500轉/分鐘的條件下，勻膠10秒後，得到第一複合基片；
(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C，並在此溫度下進行前烘處理1分鐘，得到第二複合基片；
(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光10秒後，得到第三複合基片；
(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為40%的顯影液中浸泡10秒後取出，然後用去離子水中浸泡7秒定影后，得到第四複合基片；
(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至110°C，並在此溫度下進行後烘處理1分鐘後取出；
(F)在20°C溫度下冷卻10分鐘後得到第五複合基片；
熱烘板選用H0TPLATE M0DELKW-4AH CHEMAT TECHNOLOGY. INC。
步驟四硅藻圖案化與定位
(A)在第五複合基片表面均勻滴加橋彎藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C，並在此溫度下進行加熱處理2分鐘，得到第六複合基片；
用量1平方釐米的第五複合基片上滴加50微升的橋彎藻混濁液；
(B)將第六複合基片在20°C溫度下冷卻7分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在4 支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光2小時後，得到第六複合基片；
(C)將第六複合基片在20°C溫度無塵環境中放置48小時後，得到第七複合基片；
(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡1分鐘後取出，去離子水衝洗10秒， 得到橋彎藻圖案化PDMS基片，圖3A為製得基片的SEM電鏡照片。
所述的去膠液是韓國東進的DTNS-T4000去膠液。
將實施例2製得的橋彎藻圖案化PDMS基片進行吸附測試
將橋彎藻圖案化PDMS基片置於暗室，在其表面滴加FITC螢光素標記的蛋白質懸浮液，靜置30分鐘後，在螢光顯微鏡下觀察單個橋彎藻表面及周圍區域，得到如圖:3B的照片。圖:3B的照片中，說明橋彎藻圖案化PDMS基片對螢光蛋白具有85%的吸附性，能夠自動裝載檢測探針並吸附靶分子。
用量1平方釐米的橋彎藻圖案化PDMS基片表面滴加30微升的裝配有FITC螢光素的蛋白質懸浮液。
實施例3 =PDMS表面圖案化鍵合菱形藻殼體
步驟一菱形藻殼體的預處理
將過濾清洗過的菱形藻殼體加入去離子水中攪拌均勻得到菱形藻混濁液；
用量lg的菱形藻殼體中加入20毫升的去離子水；
菱形藻殼體尺寸為9微米X5微米X4微米。
菱形藻殼體是培養的淡水菱形藻細胞經過濃硫酸95°C酸洗2小時去除細胞有機質後得到的矽質外殼。其中淡水菱形藻細胞是從武漢中科院水生生物研究所購買穀皮菱形藻藻種，並在北京航空航天大學仿生與微納生物製造技術研究中心培養6個月所獲得。
步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理
(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；
(B)向玻璃容器中加入100毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率800瓦、 工作頻率40KHz的條件下超聲清洗15分鐘得到第一預處理PDMS基片；
(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入100毫升的丙酮。然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率800瓦、工作頻率 40KHz的條件下超聲清洗15分鐘得到第二預處理PDMS基片；
(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95%的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率800瓦、工作頻率40KHz的條件下超聲清洗15分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；
(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固PDMS基片；
步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案
(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為700轉 /分鐘的條件下，滴加入0. 5毫升的光刻膠正膠；在第二轉速為2000轉/分鐘的條件下，勻膠15秒後，得到第一複合基片；
(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C，並在此溫度下進行前烘處理1. 5分鐘，得到第二複合基片；
(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光15秒後，得到第三複合基片；
(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為50%的顯影液中浸泡15秒後取出，然後用去離子水中浸泡10秒定影后，得到第四複合基片；
(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至120°C，並在此溫度下進行後烘處理2分鐘後取出；
(F)在25°C溫度下冷卻15分鐘後得到第五複合基片；
熱烘板選用H0TPLATE M0DELKW-4AH CHEMAT TECHNOLOGY. INC。
步驟四菱形藻圖案化與定位
(A)在第五複合基片表面均勻滴加菱形藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至105°C，並在此溫度下進行加熱處理3分鐘，得到第六複合基片；
用量1平方釐米的第五複合基片上滴加80微升的菱形藻混濁液；
(B)將第六複合基片在25°C溫度下冷卻8分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在4 支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光3小時後，得到第六複合基片；
(C)將第六複合基片在20°C溫度無塵環境中放置60小時後，得到第七複合基片；
(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡2分鐘後取出，去離子水衝洗10秒， 得到菱形藻圖案化PDMS基片，圖4為製得基片的SEM電鏡照片。
所述的去膠液選用Futurrex的RR4/41去膠液。
將實施例3製得的菱形藻圖案化PDMS基片進行吸附測試
將菱形藻圖案化PDMS基片置於暗室，在其表面滴加FITC螢光素標記的蛋白質懸浮液，靜置30分鐘後，在螢光顯微鏡下觀察單個菱形藻表面及周圍區域，得到如圖4A的照片。圖4A的照片中，說明菱形藻圖案化PDMS基片對螢光蛋白具有80%的吸附性，能夠自動裝載檢測探針並吸附靶分子。
用量1平方釐米的菱形藻圖案化PDMS基片表面滴加25微升的裝配有FITC螢光素的蛋白質懸浮液。
本發明的加工方法是將生物體——硅藻或其殼體通過光刻工藝和紫外鍵合方法圖案化定位在PDMS基片表面，充分利用了硅藻的多孔吸附特性吸附檢測探針和靶分子，通過探針點樣可使檢測探針高密度聚集於硅藻圖案區域，提高檢測信號強度和可靠性。其次， 通過本方法可以將硅藻陣列化，點樣不同探針後進行多種物質的檢測，從而達到檢測高通量的目的。再次，硅藻表面具有矽羥基，具有一定的生物相容性，且硅藻殼體具有空腔結構和表面微孔，可以保存一定水分並透過納米級微孔緩慢釋放，使檢測探針保持在一個溼潤的環境中從而提高其活性和工作效率。最後，硅藻規則排布的多級孔隙使其排布在PDMS流道中，可以實現過濾作用，可用於在分析、篩選、檢測微流體系統實現納米顆粒過濾篩選。
權利要求
1. 一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其特徵在於它包括有下列步驟步驟一硅藻的預處理將硅藻加入去離子水中攪拌均勻得到硅藻混濁液；用量在1克的硅藻中加入15毫升 20毫升的去離子水；步驟二 PDMS (聚二甲基矽氧烷)基片的預處理(A)按所需尺寸截取PDMS基片，並用去離子水衝洗後放入玻璃容器中；(B)向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的正己烷，然後置於超聲清洗機中，在功率 700瓦 1000瓦、工作頻率^KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第一預處理PDMS基片；(C)將第一預處理基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入50毫升 100毫升的丙酮；然後將玻璃容器置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000 瓦、工作頻率^KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘得到第二預處理PDMS基片；(D)將第二預處理PDMS基片取出，去離子水衝洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入質量濃度為95%的無水乙醇，然後置於超聲清洗機中，在功率700瓦 1000瓦、工作頻率 28KHz 40KHz的條件下超聲清洗10分鐘 20分鐘後，得到第三預處理PDMS基片；(E)用玻璃刀裁取與第三預處理PDMS基片尺寸相同或略大的矩形玻璃片，將第三預處理PDMS基片從無水乙醇溶液中取出，完全蒸發乾燥後平鋪在矩形玻璃片表面，得到加固 PDMS基片；步驟三在加固PDMS基片表面製作光刻圖案(A)將經步驟二處理得到的加固PDMS基片安裝在勻膠機上；在第一轉速為500轉/分鐘 800轉/分鐘的條件下，滴加入0. 5毫升 2毫升的光刻膠正膠；在第二轉速為1500 轉/分鐘 2500轉/分鐘的條件下，勻膠10秒 20秒後，得到第一複合基片；(B)將第一複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至95°C 110°C，並在此溫度下進行前烘處理1分鐘 2分鐘，得到第二複合基片；(C)將第二複合基片安裝在光刻機中，並在第二複合基片上安裝具有陣列化圖形的掩模；將第二複合基片在紫外線中曝光10秒 20秒後，得到第三複合基片；(D)將第三複合基片置於質量百分比濃度為40% 60%的顯影液中浸泡10秒 20秒後取出，然後用去離子水中浸泡7秒 15秒定影后，得到第四複合基片；(E)將第四複合基片安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至110°C 130°C，並在此溫度下進行後烘處理1分鐘 3分鐘後取出；(F)在20°C 35°C溫度下冷卻10分鐘 15分鐘後得到第五複合基片；步驟四硅藻圖案化與定位(A)在第五複合基片表面均勻滴加硅藻混濁液，並安裝在熱烘板上，調節熱烘板溫度至 95°C 120°C，並在此溫度下進行加熱處理2分鐘 4分鐘，得到第六複合基片；用量1平方釐米的第五複合基片上滴加50微升 100微升的硅藻混濁液；(B)將第六複合基片在20°C 35°C溫度下冷卻7分鐘 10分鐘後，安裝在紫外固化機託盤上，在4支6瓦並排紫外光燈管4釐米距離紫外曝光2 3小時後，得到第六複合基片；(C)將第六複合基片在20°C 35°C溫度無塵環境中放置48 72小時後，得到第七複合基片；(D)將第七複合基片置於光刻膠去膠液中浸泡1分鐘 3分鐘後取出，去離子水衝洗 10秒，得到硅藻圖案化PDMS基片。
2.根據權利要求1所述的一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其特徵在於 所述的硅藻是指淡水硅藻、海水硅藻、硅藻殼體或硅藻土 ；淡水硅藻或海水硅藻還包括有圓篩藻、橋彎藻、菱形藻；硅藻殼體還包括有圓篩藻殼體、橋彎藻殼體、菱形藻殼體； 硅藻土還包括圓篩藻硅藻土、直鏈藻硅藻土。
3.根據權利要求1所述的一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其特徵在於 所述的光刻膠去膠液是北京科華微電子材料有限公司的BP系列紫外正膠去膜劑、美國Futurrex公司的RR4/41去膠液、美國J. T. baker公司的PRS3000去膠液或者韓國東進的型號為DTNS-T4000的去膠液。
4.根據權利要求1所述的一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其特徵在於 該方法製得的硅藻圖案化PDMS基片對蛋白質具有80% 85%的吸附性，能夠自動裝載檢測探針並吸附靶分子。
全文摘要
一種硅藻在PDMS表面的圖案化鍵合加工方法，其步驟有1.硅藻的預處理製得硅藻混濁液；2.PDMS基片的預處理按設基片設計尺寸截取PDMS基片，使用正己烷、丙酮、無水乙醇超聲清洗後烘乾貼附在玻璃片上製得加固PDMS基片；3.在加固PDMS基片表面製作光刻圖案對基片進行旋塗光刻膠、前烘、圖案掩膜曝光、後烘處理；4.硅藻圖案化與定位在基片上滴加硅藻混濁液後，通過紫外照射、靜置、去膠製得硅藻圖案化PDMS基片。製得的圖案化PDMS基片表面擁有硅藻的圖案化陣列，並且保持了硅藻原有的豐富外形、以及納米級多孔微結構，使得該複合微流體基片在保證高通量的前提下，能夠在生物檢測、微流體系統等領域發揮自動裝載檢測探針、吸附富集靶分子、過濾等作用。
文檔編號B81C1/00GK102502477SQ201110326629
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者張德遠, 李奧博, 潘駿峰, 王瑜, 蔡軍 申請人:北京航空航天大學