專利名稱：制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于固定生物樣本的載體材料的制備方法，具體涉及一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物技術(shù)已在醫(yī)療診斷方面的應(yīng)用逐漸趨于成熟。與此同時(shí)，相關(guān)的生物和化學(xué)裝置技術(shù)亦得到了快速的發(fā)展，如生物傳感器、生物信息技術(shù)、化學(xué)傳感器等。然而怎樣去研究如此眾多基因及蛋白質(zhì)在生命過(guò)程中所負(fù)擔(dān)的功能就成了全世界生命科學(xué)工作者共同的課題，生物芯片正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。
從90年代初，以美國(guó)為主的一些國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行各種生物芯片的研制以來(lái)，不到十年的時(shí)間，生物芯片技術(shù)得以迅猛的發(fā)展，國(guó)外的多家大公司及政府機(jī)構(gòu)均投入大量的人力、物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)工作，生物芯片研制和分析的前提條件是生物芯片的制備，而制備生物芯片的關(guān)鍵技術(shù)是如何在極小的基片上固定或隔離大量的生物或化學(xué)樣本，即需要合適的載體材料。
按載體材料可將芯片分為玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片以及塑料芯片等，由于玻璃芯片載體材料所具有的特殊性能和優(yōu)點(diǎn)，人們目前主要集中力量進(jìn)行該方面的研究。關(guān)于玻璃芯片載體的研究，主要以超薄玻璃為基板，在其表面制備具有點(diǎn)陣排列的薄膜，達(dá)到貯存生物或化學(xué)樣本的目的，如俄羅斯專家利用玻璃載體已制成蛋白質(zhì)芯片，當(dāng)不同波長(zhǎng)的光照射玻璃板上的薄膜層時(shí)，薄膜中的蛋白質(zhì)細(xì)胞便呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，使薄膜的透明度相應(yīng)的發(fā)生變化，利用這一發(fā)現(xiàn)制成了精密光學(xué)儀器的光學(xué)信息載體。我國(guó)對(duì)生物芯片的研制主要集中在生物芯片的制備、樣本的分析及裝置的制備，而對(duì)生物芯片載體材料的研制相對(duì)比較薄弱，因此急需進(jìn)行生物芯片載體材料的研究開(kāi)發(fā)工作。
以超薄玻璃為基板，在其表面制備載體薄膜，由于強(qiáng)度低，尺寸可控性差，對(duì)生物芯片的制備和樣本的分析造成了一定的影響。
而玻璃載體最大的優(yōu)點(diǎn)在于大規(guī)模、并行化、微制造，在芯片的單位面積上可高密度地排列大量的生物探針，可一次同時(shí)檢測(cè)多種疾病或分析多種生物樣本，同時(shí)玻璃芯片載體可滿足上述對(duì)載體材料的要求，且其熒光背景低、制造成本低、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)際上被廣泛接受，生物芯片以玻璃為載體，給玻璃材料又開(kāi)辟新的應(yīng)用途徑，對(duì)玻璃科學(xué)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是包括下列步驟1)、高密度納米孔微晶玻璃基片制備a)玻璃的熔制，b)UV曝光(按所需格式屏蔽)，c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理，d)酸液侵蝕處理；2)、納米微孔玻璃介質(zhì)的制備a)玻璃的熔制，b)玻璃的熱處理，c)酸液侵蝕處理；3)、納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物，b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片，c)干燥和燒結(jié)處理。
所述的高密度納米孔微晶玻璃基片制備的具體步驟為a)玻璃的熔制取微晶玻璃系統(tǒng)為L(zhǎng)i2O-SiO2-Al2O3-K2O-Na2O，其重量百分比分別為11.5-12.5、76.5-79.5、3.5-6.0、2.5-3.0、0.5-2.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、AgO、CeO2、SnO2、Sb2O3、AuCl，其各組份所占微晶玻璃和添加劑總重量的百分比分別為0.5-1.0、0.05-0.2、0.015-0.035、0.005-0.02、0.2-0.5、0.001-0.002，按配比稱量后混合，在1450-1550℃下熔化、成型，成型后的試品厚度為0.5-1.0mm；b)UV曝光將成型后的試品按所需要的排列方式屏蔽曝光，UV曝光的光源為紫外燈，功率為500w，曝光時(shí)間為5-40min，玻璃基片與光源的距離為20-40cm；c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理將曝光后的試樣在520-580℃溫度下熱處理10-70min后獲得晶相為L(zhǎng)i2SiO3微晶玻璃基片；d)酸液侵蝕處理然后將基片在濃度為3％的鹽酸或濃度為1％的氫氟酸中，侵蝕為30-60min，形成高密度納米孔微晶玻璃基片。
所述的納米微孔玻璃介質(zhì)的制備的具體步驟為a)玻璃的熔制取玻璃的系統(tǒng)為NaO-Li2O-SiO2-B2O3，其重量百分比分別為4.0-7.0、0.25-2.0、69.0-74.0、20.0-24.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、ZrO2，其各組份所占玻璃和添加劑的總重量滿足TiO2+ZrO2≤2.5，TiO2/ZrO2為0.4-1.7；按配比稱量后混合，在1450-1520℃溫度下熔化、成型；b)玻璃的熱處理將成型后的試樣在540-690℃下熱處理2.5-10.0小時(shí)；c)酸液侵蝕處理熱處理后的試樣在濃度為1-2M的鹽酸中侵蝕6-24小時(shí)，獲得孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)。
所述的納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片的具體步驟為a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物將孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)粉碎成為1um大小的顆粒，并與溶膠液混合研磨制備膏狀混合物，納米微孔玻璃介質(zhì)占溶膠液與納米微孔玻璃介質(zhì)總體積的30～40％(V/V)，研磨速度650-750r/min，凝膠溶液由丙烯酰胺(AM)和亞甲基二丙烯酰胺(MBAM)組成，其含量濃度分別為4.0和1.6％；b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片然后將膏狀混合物采用平板印刷技術(shù)將膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片；c)干燥和燒結(jié)處理在100-150℃溫度下干燥30-60min后于450-520℃燒結(jié)20-40min，獲得厚度為0.5-1.0mm，具有32、64、236(8×32)或1024(16×64)空穴點(diǎn)陣排列，微觀排列密度可從2000到500000變化的載體材料。
發(fā)明提出以微晶玻璃為基板，利用熔融和屏蔽光刻等技術(shù)，獲得了影響可形成具有密集空穴孔陣排列的微晶玻璃基板材料的因素，粉碎方法、燒結(jié)工藝、液相(Sol-gel)滲透技術(shù)對(duì)制備孔徑在100納米以下多孔玻璃介質(zhì)粉的影響以及多孔玻璃粉與溶膠結(jié)合劑混合物的制備、膏狀混合物注入微晶玻璃基片方法以及燒結(jié)工藝等對(duì)具有低、中和高密度排列點(diǎn)陣格式玻璃生物芯片載體材料性能的影響規(guī)律，同時(shí)利用凝膠溶液將多孔玻璃介質(zhì)注入基板空穴點(diǎn)陣，制備高密度、孔徑可控制的生物芯片載體材料，其強(qiáng)度高、點(diǎn)陣密集，可貯存大量的生物和化學(xué)樣本，同時(shí)耐受合成循環(huán)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中某些試劑的侵蝕，不會(huì)導(dǎo)致樣本的脫落，可用于固定或隔離生物化學(xué)樣本，制備簡(jiǎn)單、實(shí)用。
本發(fā)明選擇生產(chǎn)工藝符合國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)習(xí)慣，易于控制和掌握材料的性能以及制備，利用該方法制備微晶玻璃/玻璃載體可將大量的生物和化學(xué)樣本固定或隔離，耐受合成循環(huán)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中某些試劑的侵蝕，樣本不會(huì)脫落，滿足生物技術(shù)研究和其它相關(guān)學(xué)科研究的需要。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)例1一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，包括下列步驟1、高密度納米孔微晶玻璃基片制備取微晶玻璃系統(tǒng)為L(zhǎng)i2O-SiO2-Al2O3-K2O-Na2O，其重量百分比分別為12.0、78.5、5.5、3.0、1.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、AgO、CeO2、SnO2、Sb2O3、AuCl，其各組份占微晶玻璃和添加劑總重量的百分比分別為0.6、0.15、0.015、0.005、0.5、0.0015；按配比稱量各所需化合物后在1490℃下熔化、成型后制備出厚度為0.9mm，長(zhǎng)寬為25×50mm的試樣，然后在功率為500w的紫外燈下屏蔽曝光15min，玻璃基片與光源的距離為25cm，將曝光后的試樣進(jìn)行在540℃溫度下熱處理45min后獲得晶相為L(zhǎng)i2SiO3微晶玻璃，然后將基片在濃度為3％的鹽酸中侵蝕500min，形成236(8×32)孔陣格式的微晶玻璃基片。
2、納米微孔玻璃介質(zhì)的制備取玻璃的系統(tǒng)為NaO-Li2O-SiO2-B2O3，其重量百分比分別為4.0Na2O、2.0Li2O、74.0SiO2、20B2O3；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、ZrO2，其各組份所占玻璃和添加劑的總重量百分比分別為0.5TiO2、1.25ZrO2；按配比稱量各所需化合物后在1450℃下熔化、成型后的試樣590℃下熱處理5.0小時(shí)，處理后的試樣在濃度為2M的鹽酸中侵蝕12小時(shí)，獲得孔徑40-60納米的微孔玻璃介質(zhì)。
3、納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片將孔徑40-60納米的微孔玻璃介質(zhì)粉碎成為1um大小的顆粒，與丙烯酰胺(AM)和亞甲基二丙烯酰胺(MBAM)溶膠液混合研磨制備膏狀混合物，納米微孔玻璃介質(zhì)占溶膠液與納米微孔玻璃介質(zhì)總體積的30％，研磨速度650r/min溶膠中丙烯酰胺(AM)和亞甲基二丙烯酰胺(MBAM)的濃度為4.0和1.6％，然后將膏狀混合物采用平板印刷技術(shù)將擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片，在120℃溫度下干燥45min后于480℃燒結(jié)25min，最終獲得微觀排為10000-20000中密度的載體裁材料可用于采用平板印刷技術(shù)對(duì)DNA芯片的診斷以及DNA分析研究的需要。
實(shí)例2如圖1所示，一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，包括下列步驟1、高密度納米孔微晶玻璃基片制備a)玻璃的熔制取微晶玻璃系統(tǒng)為L(zhǎng)i2O-SiO2-Al2O3-K2O-Na2O，其重量百分比分別為11.5Li2O、79.5SiO2、5.3Al2O3、2.5K2O、1.2Na2O，外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、AgO、CeO2、SnO2、Sb2O3、AuCl，其各組份占微晶玻璃和添加劑總重量的百分比分別為0.5TiO2、0.05AgO、0.035CeO2、0.005SnO2、0.2Sb2O3、0.001AuCl；按配比稱量各所需化合物后在1450℃下熔化、成型，成型后的試品厚度為0.5mm；b)UV曝光將成型后的試品按所需要的排列方式屏蔽曝光，UV曝光的光源為紫外燈，功率為500w，曝光時(shí)間為5min，玻璃基片與光源的距離為20cm；c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理將曝光后的試樣在520℃溫度下熱處理10min后獲得晶相為L(zhǎng)i2SiO3微晶玻璃基片；d)酸液侵蝕處理然后將基片在濃度為3％的鹽酸，侵蝕為30min，形成孔徑為1-100納米孔1024(16×64)孔陣格式的微晶玻璃基片。
2、納米微孔玻璃介質(zhì)的制備a)玻璃的熔制取玻璃的系統(tǒng)為NaO-Li2O-SiO2-B2O3，其重量百分比分別為4.0NaO、1.0Li2O、74.0SiO2、21B2O3；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、ZrO2，其各組份所占玻璃和添加劑的總重量百分比分別為0.5TiO2、1.25ZrO2；按配比稱量后混合，在1450℃溫度下熔化、成型；b)玻璃的熱處理將成型后的試樣在540℃下熱處理2.5小時(shí)；c)酸液侵蝕處理熱處理后的試樣在濃度為1M的鹽酸中侵蝕6小時(shí)，獲得孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)。
3、納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物將孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)粉碎成為1um大小的顆粒，并與溶膠液混合研磨制備膏狀混合物，納米微孔玻璃介質(zhì)占溶膠液與納米微孔玻璃介質(zhì)總體積的35％，研磨速度700r/min，凝膠溶液由丙烯酰胺(AM)和亞甲基二丙烯酰胺(MBAM)組成，其含量濃度分別為為4.0和1.6％；b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片然后將膏狀混合物采用平板印刷技術(shù)將膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片；c)干燥和燒結(jié)處理在100℃溫度下干燥30min后于450℃燒結(jié)20min，獲得厚度為0.5mm，具有1024(16×64)空穴點(diǎn)陣排列，微觀排列密度可從2000到500000變化的載體材料。
實(shí)例3一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，包括下列步驟1.高密度納米孔微晶玻璃基片制備a)玻璃的熔制取微晶玻璃系統(tǒng)為L(zhǎng)i2O-SiO2-Al2O3-K2O-Na2O，其重量百分比分別為12.5、78.0、4.5、3.0、2.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、AgO、CeO2、SnO2、Sb2O3、AuCl，其各組份所占微晶玻璃和添加劑總重量的百分比分別為1.0、0.2、0.02、0.005、0.5、0.002；按配比稱量各所需化合物后在1550℃下熔化、成型，成型后的試品厚度為1.0mm；b)UV曝光將成型后的試品按所需要的排列方式屏蔽曝光，UV曝光的光源為紫外燈，功率為500w，曝光時(shí)間為40min，玻璃基片與光源的距離為40cm；c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理將曝光后的試樣在580℃溫度下熱處理70min后獲得晶相為L(zhǎng)i2SiO3微晶玻璃基片；d)酸液侵蝕處理然后將基片在濃度為1％的氫氟酸中，侵蝕為60min，形成孔徑為1-100納米孔64孔陣格式的微晶玻璃基片。
2.納米微孔玻璃介質(zhì)的制備a)玻璃的熔制取玻璃的系統(tǒng)為NaO-Li2O-SiO2-B2O3，其重量百分比分別為7.0NaO、2.0Li2O、69.0SiO2、22B2O3；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、ZrO2，其各組份所占玻璃和添加劑的總重量百分比分別為0.5TiO2、1.25ZrO2；按配比稱量后混合，在1520℃溫度下熔化、成型；b)玻璃的熱處理將成型后的試樣在690℃下熱處理10.0小時(shí)；c)酸液侵蝕處理熱處理后的試樣在濃度為2M的鹽酸中侵蝕24小時(shí)，獲得孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)。
3.納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物將孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)粉碎成為1um大小的顆粒，并與溶膠液混合研磨制備膏狀混合物，納米微孔玻璃介質(zhì)占溶膠液與納米微孔玻璃介質(zhì)總體積的40％，研磨速度750r/min，凝膠溶液由丙烯酰胺(AM)和亞甲基二丙烯酰胺(MBAM)組成，其含量濃度分別為4.0和1.6％；b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片然后將膏狀混合物采用平板印刷技術(shù)將膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片；c)干燥和燒結(jié)處理在150℃溫度下干燥60min后于450-520℃燒結(jié)40min，獲得厚度為1.0mm，具有64空穴點(diǎn)陣排列，微觀排列密度可從2000到500000變化的載體材料。
權(quán)利要求
1.一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是包括下列步驟1)、高密度納米孔微晶玻璃基片制備a)玻璃的熔制，b)UV曝光，c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理，d)酸液侵蝕處理；2)、納米微孔玻璃介質(zhì)的制備a)玻璃的熔制，b)玻璃的熱處理，c)酸液侵蝕處理；3)、納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物，b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片，c)干燥和燒結(jié)處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是所述的高密度納米孔微晶玻璃基片制備的具體步驟為a)玻璃的熔制取微晶玻璃系統(tǒng)為L(zhǎng)i2O-SiO2-Al2O3-K2O-Na2O，其重量百分比分別為11.5-12.5、76.5-79.5、3.5-6.0、2.5-3.0、0.5-2.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、AgO、CeO2、SnO2、Sb2O3、AuCl，其各組份所占微晶玻璃和添加劑總重量的百分比分別為0.5-1.0、0.05-0.2、0.015-0.035、0.005-0.02、0.2-0.5、0.001-0.002，按配比稱量后混合，在1450-1550℃下熔化、成型，成型后的試品厚度為0.5-1.0mm；b)UV曝光將成型后的試品屏蔽曝光，UV曝光的光源為紫外燈，功率為500w，曝光時(shí)間為5-40min，玻璃基片與光源的距離為20-40cm；c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理將曝光后的試樣在520-580℃溫度下熱處理10-70min后獲得晶相為L(zhǎng)i2SiO3微晶玻璃基片；d)酸液侵蝕處理然后將基片在濃度為3％的鹽酸或濃度為1％的氫氟酸中，侵蝕為30-60min，形成高密度納米孔微晶玻璃基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是所述的納米微孔玻璃介質(zhì)的制備的具體步驟為a)玻璃的熔制取玻璃的系統(tǒng)為NaO-Li2O-SiO2-B2O3，其重量百分比分別為4.0-7.0、0.25-2.0、69.0-74.0、20.0-24.0；外加添加劑，添加劑為T(mén)iO2、ZrO2，其各組份所占玻璃和添加劑的總重量滿足TiO2+ZrO2≤2.5，TiO2/ZrO2為0.4-1.7；按配比稱量后混合，在1450-1520℃溫度下熔化、成型；b)玻璃的熱處理將成型后的試樣在540-690℃下熱處理2.5-10.0小時(shí)；c)酸液侵蝕處理熱處理后的試樣在濃度為1-2M的鹽酸中侵蝕6-24小時(shí)，獲得孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是所述的納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片的具體步驟為a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物將孔徑1-100納米的微孔玻璃介質(zhì)粉碎成為1um大小的顆粒，并與溶膠液混合研磨制備膏狀混合物，納米微孔玻璃介質(zhì)占溶膠液與納米微孔玻璃介質(zhì)總體積的30～40％，研磨速度650-750r/min，凝膠溶液由丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺組成，其含量濃度分別為4.0和1.6％；b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片然后將膏狀混合物采用平板印刷技術(shù)將膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片；c)干燥和燒結(jié)處理在100-150℃溫度下干燥30-60min后于450-520℃燒結(jié)20-40min，獲得厚度為0.5-1.0mm，具有32、64、236或1024空穴點(diǎn)陣排列，微觀排列密度可從2000到500000變化的載體材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法。一種制備高密度納米孔微晶玻璃/玻璃載體材料的方法，其特征是包括下列步驟1)、高密度納米孔微晶玻璃基片制備a)玻璃的熔制，b)UV曝光，c)晶體核化和晶體生長(zhǎng)熱處理，d)酸液侵蝕處理；2)、納米微孔玻璃介質(zhì)的制備a)玻璃的熔制，b)玻璃的熱處理，c)酸液侵蝕處理；3)、納米微孔玻璃介質(zhì)載入微晶玻璃基片a)納米微孔玻璃介質(zhì)與凝膠溶液混合高速研磨成膏狀混合物，b)膏狀混合物擠壓注入密集點(diǎn)陣微晶玻璃基片，c)干燥和燒結(jié)處理。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單、實(shí)用的特點(diǎn)。本發(fā)明選擇生產(chǎn)工藝符合國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)習(xí)慣，易于控制和掌握材料的性能以及制備。
文檔編號(hào)C03C3/076GK1562831SQ20041001304
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者韓建軍, 趙修建, 程金樹(shù), 王田禾, 劉建黨, 阮健 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)