一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片及其制备工艺和应用制造技术

本发明专利技术提供一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片及其制备工艺和应用。本发明专利技术是通过超声化学去油脂

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片及其制备工艺和应用


[0001]本专利技术涉及生物芯片制备
，特别涉及一种基于微电子机械系统(MEMS)的阳极氧化铝纳米微阵列芯片及其制备工艺和应用。

技术介绍

[0002]基于微阵列生物芯片的检测技术近年来已经得到广泛应用。在核酸分子诊断和测序领域，生物芯片具备高通量检测的应用特性。传统的高通量生物芯片微阵列，是通过在硅基芯片上利用MEMS光刻技术，在几平方厘米的面积上制作出几百至几千个微米级别的阵列单元，每个阵列可独立负载一种生物标志物，如核酸、蛋白质、小分子化合物等等。此类高密度微阵列是当前高通量基因测序和生物诊断技术的基础。
[0003]硅基光刻技术已经成熟应用于高精度芯片制造工艺，然而其制作流程非常复杂，从上游晶圆制备，到晶圆加工成芯片设计数十道工序。在硅芯片制作加工中，涉及到使用高危险性的氢氟酸对硅晶圆表面的清洗和蚀刻。同时，由于硅表面的氧化层容易发生水解反应而脱落，硅芯片的微阵列表面修饰工艺复杂以保持活性。因此，硅基高通量生物芯片的复杂工艺直接导致芯片价格昂贵，制约了芯片的发展。
[0004]铝基生物芯片目前尚未得到应用。阳极氧化铝过程是一种铝的工艺表面处理工艺，其制作工艺简单，成本低，合成的多孔阳极氧化铝材料比表面积大，是理想的高通量芯片材料。相比于硅基材料，阳极氧化铝材料化学和物理性能更加稳定，且合成工艺相对经济，是理想的硅基芯片替代材料。
[0005]在阳极氧化反应过程中，金属铝作为阳极，铂电极作为阴极，电解质为酸性溶液。在精确控制反应条件下，金属铝的表面会形成致密的阳极氧化铝多孔薄膜。其形成的阳极氧化铝薄膜具有高孔隙率、纳米结构可控等优点，具有潜在的生物学应用价值。此前公开的阳极氧化铝芯片技术只能检测单一生物标志物，无法实现在一张芯片上进行高通量的标志物检测。基于MEMS的微加工工艺曾被应用在阳极氧化铝电容器的加工工艺当中。然而，该工艺尚未被应用于大规模阳极氧化铝高通量芯片的制备。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片的制备工艺，首次实现大规模阳极氧化铝微阵列芯片的制备，得到可控纳米孔道(可以控制纳米孔的直径、长度和孔隙率)，可负载生物标志物用于高通量检测，从而应用于生物芯片领域。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片的制备工艺，包括如下步骤：
[0009]S1、取高纯铝片材料，先对其去油脂处理；优选地，高纯铝片纯度为99.99％以上，铝箔厚度在0.1mm
‑
1mm之间；去油脂工艺为将高纯铝片材料放在丙酮中超声清洗5min。
[0010]S2、对高纯铝片材料进行抛光，使表面呈镜面状；抛光步骤中采用体积比为1:4的高氯酸、乙醇混合液进行化学抛光，化学抛光反应条件为10
‑
25V恒定电压下低温反应1
‑
5min。由于铝初始表面不平整，凸起部分电化学反应速度高于凹陷部分，因此持续的反应使铝表面趋于平整，最终达到光亮面。
[0011]S3、以铂丝为阴极，抛光处理得到的高纯铝片为阳极，在电解液中进行初次阳极氧化；
[0012]S4、初次阳极氧化的条件是40
‑
50V恒定电压反应10
‑
20h，反应温度5
‑
25℃，电解液是0.15
‑
0.5mol/L的草酸溶液；随后高纯铝片材料在0.2mol/L的铬酸溶液与0.4mol/L的磷酸共混液中，70℃侵蚀1
‑
3h；然后去离子水清洗，并烘干。
[0013]S5、在干燥后的高纯铝片材料表面旋涂1
‑
5μm微米厚度的光刻胶，旋涂转速为2000
‑
5000r/min，30
‑
60s；随后通过光刻工艺，在铝材料表面根据实际芯片的检测通量制作阵列区域，例如可制作60
×
60个边长为0.1
‑
10mm的正方形裸露区域；此步骤中，可选用正性光刻胶或负性光刻胶，采用传统光刻工艺制作阵列，旋涂光刻胶
‑
前烘
‑
曝光
‑
后烘
‑
超声
‑
显影。
[0014]S6、随后，将铝基底进行再次阳极氧化处理，在0.05
‑
0.3mol/L的草酸溶液体系中，在40V恒压，0.5℃反应10min，随后以0.5V/s的速率将电压增至90
‑
130V，维持恒定电压反应10
‑
60min，即可得到高孔隙率，结构均一的阳极氧化铝纳米微阵列芯片；
[0015]S7、使用去胶液去除光刻胶，并清洗、烘干，并用光学显微镜镜检。
[0016]进一步地，为提高材料的品质，在步骤S1中，高纯铝片材料去油脂处理后，还包括对高纯铝片的高温退火步骤，优选地，高温退火工艺为氮气保护或空气下，以100℃初始温度，每分钟升温2
‑
10℃直至300℃，并维持10min
–
60min。退火工艺使得高纯铝在热激活状态下微观晶粒结构再结晶，减少晶粒排列的内部缺陷。退火工艺条件需在合理范围内优化至最优。
[0017]本专利技术制备得到的阳极氧化铝纳米微阵列芯片，其正面为多孔阳极氧化铝，背面为铝基底。阳极氧化铝表面基团为羟基和电解液所含基团。此外，基于阳极铝氧化工艺并对纳米孔道的形貌进行精准调控可以制备光子晶体，或者特殊孔型阳极氧化铝、通孔阳极氧化铝等微阵列芯片。
[0018]作为生物芯片的阳极氧化铝纳米微阵列芯片应用前，需进行表面官能团修饰，通常为氨基化修饰使表面修饰带有活性的基团，使其与生物标志物结合。本专利技术使用的阳极氧化铝表面修饰方法为化学气相沉积。可将制得的阳极氧化铝纳米微阵列芯片，与5
‑
10μL3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)试剂置于反应釜中，在130℃的真空条件下反应1
‑
3h。优选的，还可使用液相法进行表面修饰，将阳极氧化铝纳米微阵列芯片置于体积浓度5％APTES的乙醇溶液中，反应2
‑
4h。反应过后的阳极氧化铝，需进行末道清洗工艺，将阳极氧化铝芯片转移至非极性溶液中超声清洗1
‑
5mins，除去未反应的溶剂，然后在N2保护的真空中干燥，保存并封装。
[0019]为提高阳极氧化铝表面羟基含量，可将阳极氧化铝芯片置于饱和过氧化氢溶液中加热至沸腾处理1h。阳极氧化铝表面的羟基相比硅基芯片的表面羟基更加的稳定，不易发生水解。硅基芯片表面羟基与水接触反应生成可溶性成分，造成表面修饰失效，因此硅基芯片表面通常还需修饰长链高分子以防止水解反应发生。相比之下，阳极氧化铝表面化学性
能稳定，无需进行高分子保护层的修饰，也能保持羟基的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS的阳极氧化铝纳米微阵列芯片的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、取高纯铝片材料，先对其去油脂处理；S2、对高纯铝片材料进行抛光，使表面呈镜面状；S3、以石墨或铂为阴极，抛光处理得到的高纯铝片为阳极，在电解液中进行初次阳极氧化；S4、随后高纯铝片材料在0.2mol/L的铬酸溶液与0.4mol/L的磷酸共混液中，70℃侵蚀1
‑
3h；S5、在高纯铝片材料经过烘干后，在表面旋涂2
‑
5微米厚度的光刻胶，旋涂转速为2000
‑
5000r/min，30
‑
60s；随后通过光刻工艺，在铝材料表面制作裸露阵列；S6、随后，将铝基底进行再次阳极氧化处理，即可得到高孔隙率，结构均一的阳极氧化铝纳米微阵列芯片；S7、去除光刻胶，并清洗获得的材料表面。2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，高纯铝片纯度为99.99％以上，铝箔厚度在0.1mm
‑
5mm之间。3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，去油脂工艺为将高纯铝片材料放在丙酮中超声清洗5min；高纯铝片材料去油脂处理后，还包括对高纯铝片的高温退火步骤，高温退火工艺为氮气保护或空气下，以100℃初始温度，每分钟升温2
‑
10℃直至300℃，并维持10min
–
60min。4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王烨，王彦铿，
申请(专利权)人：广州聚利笙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：