[發明專利]在微懸臂梁表面一步制造羧酸功能化單層膜的方法

有效

• 申請號: 200910198994.1
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101712451A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 許鵬程;李昕欣;陳瀅;于海濤;劉民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: B81C99/00
• 分類號: B81C99/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種在微懸臂梁表面一步制造羧酸功能化單層膜的方法，屬 于納米功能薄膜制造領域。

背景技術

在微懸臂梁上制造某些特定功能化的自組裝單層膜(以下將“自組裝單層 膜”簡稱為“SAMs”)可以制造高性能的化學傳感器。例如，根據氫鍵作用原 理，羧酸功能化的SAMs是一類用于制造氨類或者硝基類化合物檢測的化學傳 感器的關鍵功能薄膜。目前，羧基功能化的SAMs主要是使用巰基羧酸類化合 物(如4-巰基苯甲酸以及6-巰基尼古丁酸等)在預先蒸發有高純度金的基底 上制造的[中國專利，一種用于爆炸物檢測的自組裝單分子層敏感膜及制備方 法，專利申請號200610026520.5]。但是這類SAMs是基于巰基和高純度金反 應生成不穩定的Au-S鍵制造的(Au-S鍵在受熱或輻照等條件下不穩定、容易 分解，參見文獻Love，J.C.，et?al.，Self-assembled?monolayers?ofthiolates?on?metals as?a?form?ofnanotechnology.Chemical?Reviews，2005.105(4)，pp.1122.)，而且在 制造時必須使用昂貴的高純度貴金屬，這些缺點使其在化學敏感薄膜方面的 應用中受到了極大的限制。

在微懸臂梁的二氧化硅表面直接生長的自組裝膜是依靠硅烷化試劑的 Si-OCH₃基團(或Si-Cl或Si-OC₂H₅等基團)和二氧化硅表面的Si-OH基團反應生 成穩定的-Si-O-Si-共價鍵而制造的。這種依靠共價鍵而制造的SAMs具有極高 的穩定性，而且不需要使用昂貴的高純度貴金屬金，與巰基SAMs相比具有明 顯的先進性。在前期的工作中，我們已經報道了一種多步法制造羧酸功能化 自組裝雙層膜的方法[Y.Chen，et?al.，A?novel?method?of?self-assembling?siloxane bi-layer?directly?on?SiO₂?surface?of?micro-cantilever?for?long-term?repeatable sensing?to?trace?explosives，IEEE?Transducers?2009，pp600-603]。但是該方法的缺 點是制造條件苛刻、步驟繁雜而且需要使用管制藥品作為溶劑(如使用的甲 苯等屬于易制毒藥品)等，不利于大規模工業化批量生產。

本發明擬用水作為溶劑、使用廉價的反應試劑、采用一步法在微懸臂梁表 面制造羧酸功能化自組裝單層膜。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種在微懸臂梁表面一步制造羧 酸功能化單層膜的方法。

所述的反應容器可以為不與硅烷化試劑的水溶液進行反應的任何材料和 任何形狀的容器，通常反應容器為玻璃制作的平底容器，如燒瓶等；所述的 不具氧化的濃酸為濃鹽酸或濃醋酸，優先推薦濃鹽酸。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

d)選用下述任意一種硅烷化試劑——三羥基硅基乙酸鈉水溶液 (Carboxyethylsilanetriol，sodium?salt；25％)鈉鹽的質量百分濃度為25 ％或者N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸鈉鹽水溶液 (N-(Trimethoxysilypropyl)ethylenediamine?triacetic?acid，trisodium?salt； 45％)三鈉鹽的質量百分濃度為45％，為制造羧酸功能化SAMs(自組 裝單層膜)的原料。

e)以去離子水為溶劑，在反應器中加入步驟a所述的一種硅烷化試劑， 配成質量百分濃度(0.5％-3％)的反應液，并用不具氧化性的濃酸調節 該反應液的pH值至2-5。

f)將經過清洗的微懸臂梁輕輕放入到反應器中，并確保微懸臂梁的二氧 化硅基表面浸沒在步驟b所述的反應液中，氮氣保護下，于60-90℃下 反應10-100小時。器件的清洗方法為在千級以上凈化室里分別用丙酮、 乙醇和去離子水依次各浸泡微懸臂梁1-30分鐘，取出并在干燥氮氣流 下干燥。用剛配制的新鮮Piranha溶液(濃硫酸和30％過氧化氫，體積 比為3∶1)或者等離子體去膠機進一步清洗微懸臂梁1-10分鐘。