[发明专利]玻璃表面选择性无电镀金方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃表面镀金，特别是一种玻璃表面选择性无电镀金方法。

背景技术

芯片实验室（lab-on-a-chip）是一块能实现普通生化实验室各种功能及物理光电集成功能的厘米甚至微米量级的芯片。在芯片表面实现选择性金属化可促进芯片实验室的电学功能集成，目前已被报道的有在玻璃表面选择性镀铜技术（参见文献：J.Xu，Y.Liao,H.Zeng,Z.Zhou,H.Sun,J.Song,X.Wang,Y.Cheng,Z.Z.Xu,K.Sugioka andK.Midorikawa,Opt.Express 15(2007):12743-12748.）和在聚苯乙烯表面选择性镀金技术（参见文献：Q.H.Zhou,H.W.Chen and Y.Wang,Electrochim.Acta 55(2010):2542-2549.），前者由于铜的化学惰性较差，在做一些化学探测分析实验时容易与溶液反应被腐蚀进而影响实验结果，后者是基于平面光刻的方法所采用的基底材料是聚苯乙烯，它的缺点是由于利用平面光刻技术所镀的金属仅在样品表面，而聚苯乙烯不耐高温高压容易变形所以镀的金极易脱落，更致命的一点是聚苯乙烯还易被有机溶剂腐蚀，因此，为了拓展芯片实验室在生化领域的广泛应用，发展新的选择性镀金技术十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃表面选择性无电镀金方法，在上述两种技术基础上结合飞秒激光直写及无电镀金技术的优点实现了在玻璃表面选择性镀金，解决了之前技术无法在玻璃表面选择性镀金的问题同时也解决了化学镀金牢固度不高的问题，本发明由于采用的是耐高温高压，不易被有机溶剂腐蚀且具有良好生物兼容性的玻璃做基底所以可被广泛的应用在生化分析领域。

本发明的技术方案如下：

一种玻璃表面选择性无电镀金方法，其特点在于该方法是首先利用飞秒激光在玻璃表面烧蚀出沟槽，然后在烧蚀的沟槽区域涂覆硝酸银溶液，再用飞秒激光辐照该区域使硝酸银分解并在沟槽内沉积出银原子，最后把沟槽内沉积有银原子的玻璃放进配好的镀金溶液中进行恒温镀金，取出冲洗再退火处理。

该方法包括下列具体步骤：

①将经清水超声清洗干净的待镀金的玻璃工件置于计算机控制的三维移动平台上，用物镜将飞秒激光聚焦在所述的玻璃工件的表面，然后调节能量衰减器将飞秒激光的平均功率调到150～300mw，扫描速度的选择范围是1~100μm/s，计算机控制所述的平台相对于飞秒激光的焦点移动，使所述的飞秒激光对所述的玻璃工件按所需要的图案进行扫描加工；

②将加工好的玻璃工件依次用丙酮超声清洗1分钟以上、无水乙醇超声清洗1分钟以上、蒸馏水超声清洗1分钟以上，然后用氮气风干；

③在所述的玻璃工件上的几何图案处涂覆硝酸银溶液，该硝酸银溶液的浓度范围是0.1M/L~1M/L；

④将所述的飞秒激光能量调低至所述的玻璃工件的损伤阈值，对所述的玻璃工件上的几何图案再次扫描，当看到激光扫描处变黑停止扫描；

⑤用50℃~65℃的水冲洗所述的扫描后的玻璃工件，冲洗3~5分钟，将未受激光辐射区域的硝酸银冲洗掉；

⑥将冲洗后的所述的玻璃工件放在镀金溶液中，然后将盛有镀金溶液的器皿密封放在温度范围为45℃~65℃的热水中，加热0.5~1小时，所述的镀金溶液的配方是：50ml蒸馏水中含有：Na₂SO₃795~805mg、HCHO 935~955mg、Na₃Au(SO₃)₂160~175mg和2-2联吡啶1~2mg；

⑦取出所述的玻璃工件，用水冲洗5分钟以上，将所述的玻璃工件上的镀金废液冲洗掉，然后放入高温炉中，温度保持在295℃~305℃，退火0.5~1.5小时。

所述的图案为直沟槽，“Ω”形沟槽或其他图案。

所述的玻璃工件的损伤阈值为5mw～15mw。

与以往技术相比较，本发明的优点在于：

1、可在玻璃表面进行选择性镀金。

2、飞秒激光直写的沟槽具有良好的粗糙度（平均60nm）使得金粒子能够牢固的内嵌在沟槽内不易脱落。其中对四条镀得的金线条超声10分钟测其牢固度，结果无一脱落，根据实验所得的金线条的实际数据算得其电阻率为2.25×10^-7Ω.m，与纯金的电阻率相差在1个数量级以内。

3、整体（包括玻璃基底和金线条）的化学和物理性能稳定，能够被广泛的应用在生化分析领域。