一种网络结构硅基点阵的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种硅基点阵，特别是涉及一种网络结构硅基点阵的制备方法及其应用。

背景技术：

微纳米阵列结构由于具有高比表面积、高表面能及良好的光学性质等优势而广泛应用于化学分析、生物传感、光电探测及能源转换等领域。中国专利cn103213933b《一种硅基三维微电池纳米电极结构》中采用自组装聚苯乙烯球掩膜、深硅刻蚀、薄膜沉积等技术制备的瓶状硅基复合纳米柱阵列结构作为锂离子电池电极材料，有效抑制了硅材料在充放电过程中的体积膨胀及提高了材料的导电性；cn107515242a《一种硅基金纳米碗阵列芯片及其制备方法与应用》中则采用气液界面胶体球刻蚀法获得金纳米碗阵列结构，同时对表面进行疏基修饰，并应用于maldi-ms检测生物分子，其质谱结果具有灵敏度高、重现性好的特点。

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(maldi-tofms)是二十世纪八十年代发展起来的一种软电离质谱，其在生物大分子中的分析具有重要意义，其中在利用maldi-tofms检测核酸中，目前还主要集中在小片段的寡核苷酸片段分析。应用飞行时间质谱分析寡核苷酸片段，包括单核苷酸多态性分型分析、对短的串联重复序列分析、基因缺陷而导致的疾病诊断以及对寡核苷酸片段的序列分析等，而这些都对质谱检测分辨率有较高的要求。

目前，提高质谱检测分辨率和信噪比的主要途径包括：选择合适的基质、基质与样品在靶板点样区形成均匀良好的结晶，进而提高检测样品的离化率。由于飞行时间质谱离子化是在靶板表面进行的表面离子化过程，因此，靶板的光洁性、亲水性及激光吸收性能等对质谱检测有一定的影响。通过使用不同材料的载体(靶板或基片)或具有不同表面修饰的靶板能够显著的影响基质与样品的结晶形态和样品电离效率，进而影响质谱检测分辨率及其准确性。

常见的靶板材料包括不锈钢、高分子聚合物及硅等材料。目前，商业上主要采用不锈钢作为靶板，使用该靶板检测核酸目前还存在分辨差、信噪比低等问题；高分子聚合物因其具有优异的疏水性而被广泛关注，许多研究者采用高分子聚合物作为样品载体或在靶板表面涂覆具有疏水性质的高聚物膜材料，使样品选择性吸附于有机膜上，同时，还可以对膜表面进行特殊化学试剂修饰以获得亲水性区域，从而充分利用疏水和亲水两种作用，对样品实现富集，进而提高maldi质谱的检测能力和检测效果。但需要注意的是，聚合物表面会与样品表面相互作用而对样品分析具有一定的影响。

由于半导体硅特有的物理化学性质，成熟的半导体加工工艺，网络结构硅基点阵也开始广泛应用于飞行时间质谱，例如，有研究者曾将通过化学刻蚀获得的多孔硅用做maldi-ms靶板，分析小分子化合物。采用多孔硅作为靶板，可以不需要加入基质，借助于其高效的紫外激光吸收并将能量传递给样品，避免基质干扰分析样品的问题。除此之外，诸多研究者通过微纳米加工工艺、化学表面处理技术等制备具有特定表面结构的网络结构硅基点阵，达到样品的富集、样品与基质均匀结晶的目的，进而提高质谱的分辨率和准确性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种网络结构硅基点阵及其制备方法与应用，该网络结构硅基点阵提升传统生物检测，特别是应用于snp基因分型检测的质谱峰分辨率。

本发明第一方面提供一种制备网络结构硅基点阵的方法，包括：

s1.在硅基底上表面自组装微纳米球阵列；

s2.在具自组装微纳米球阵列的所述硅基底表面旋涂前驱体溶液；

s3.将所述硅基底放置在退火炉中退火，以在所述硅基底表面形成微纳米碗阵列结构；

s4.以等离子刻蚀技术对所述经退火的具有微纳米碗阵列结构的硅基底进行刻蚀，形成微纳米葫芦状阵列结构；

s5.将所述硅基底进行掩膜光刻以制备点样区；以及

s6.将所述具有点样区的硅基底制成靶板。

在本发明实施例中，所述在硅基底上表面自组装微纳米球阵列的步骤，包括:

将微纳米球悬浮液与叔丁醇按体积比1:1混合，并利用微注射器缓慢注入放有所述硅基底的水溶液中；以及将水溶液放干，使所述微纳米球沉积在硅基底表面，其中所述微纳米球为聚苯乙烯或二氧化硅纳米球，并且会自组装成六方密排的单层微纳米球阵列于所述硅基底表面。

在本发明实施例中，所述退火温度为400～800℃，退火时间为20～60min。

在本发明实施例中，所述以等离子刻蚀技术对所述硅基底进行刻蚀的步骤，是采用电感耦合等离子体(icp)系统，刻蚀气体为sf6和o2；其中，刻蚀气体的流速为5～40sccm(standardcubiccentimeterperminute)，刻蚀时间为5～2000s，icp功率为200～300w，射频(rf)功率为10～30w。

在本发明实施例中，所述的前驱体溶液，包括tio2溶液、zno溶液或cuo溶液中的至少一种。

在本发明实施例中，所述步骤s4更包括：在所述微/纳米葫芦状阵列结构的表面形成金属层、金属化合物层、或高分子包覆层，以形成复合的葫芦状微纳米阵列结构。

在本发明的实施例中，所述步骤s5更包括：将光刻胶涂覆所述具有微纳米葫芦状阵列结构的硅片上并进行光刻，曝光结束后立即放置于显影液中震荡显影以去除被曝光区域的光刻胶，随后用去离子水冲洗后氮气吹干，获得所述点样区。

本发明第二方面提供一种网络结构硅基点阵，包括：硅基底，其上表面具有多个阵列分布的球状孔洞；材料层，位于所述硅基底的上表面，所述材料层具有多个阵列分布的半球状穿孔，其中所述半球状穿孔正好位于所述球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞；以及点样区，形成于所述材料层上。

在本发明实施例中，所述硅基底上表面与材料层下表面分布在同一平面；所述硅基底上表面的球状孔洞为分布着球缺的孔洞，所述球缺的球缺底面与所述硅基底上表面分布在同一平面；所述材料层的半球状穿孔为分布着球带体的孔洞，所述球带体上表面是球半径截面且与材料层上表面分布在同一平面，所述球带体下表面与所述球缺的球缺底面大小相同且与所述材料层下表面分布在同一平面；所述的球缺与球带体同轴；所述有球缺的孔洞和球带体的孔洞共同组成葫芦状孔洞。

在本发明实施例中，所述葫芦状孔洞为六方密排或者立方密排成阵列结构，所述阵列结构呈网络状分布。

在本发明实施例中，所述硅基底上表面的球状孔洞其直径为100nm～100μm；以及所述材料层的材料包括tio2、zno、al2o3、cuo或tin中的至少一种，位于所述材料层上的半球状穿孔其直径为100nm～100μm，高度为50nm～50μm。

在本发明实施例中，所述网络结构硅基点阵更包括包覆层，所述包覆层设置于所述硅基底与所述材料层表面上，所述点样区下，沿着所述葫芦状孔洞的内表面分布。

在本发明实施例中，所述包覆层材料为金属、金属化合物或高分子材料，其中，金属包括pt、au、ag、cu、al、zn、cr或ti中的至少一种；金属化合物包括tio2、zno、al2o3、cuo、gan或tin中的至少一种；高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或酚醛树脂中的至少一种；所述包覆层的厚度为5～500nm。

本发明的第三方面提供一种网络结构硅基点阵在质谱检测或拉曼检测中或在生物传感器中或光电探测器中的应用，所述的网络结构硅基点阵为本发明的第一方面所述的方法所制备的网络结构硅基点阵或者如本发明的第二方面所述的网络结构硅基点阵。

在本发明实施例中，所述质谱仪包括电子轰击质谱仪(ei-ms)、场解吸附质谱仪(fd-ms)、快原子轰击质谱仪(fab-ms)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(maldi-tofms)或电子喷雾质谱仪(esi-ms)中的一种。

在本发明实施例中，所述质谱仪用于检测的样品包括无机离子、有机无机小分子、高分子化合物、病毒、微生物、核苷酸、核苷、寡核苷酸、核酸、氨基酸、肽、蛋白质、脂质、糖类、碳水化合物、抗原、抗体、细胞或细胞代谢产物中的至少一种。

相比于现有技术的不锈钢靶板，本发明网格结构硅基点阵具有独特的结构，能够在发挥纳米槽阵列结构独有优势的同时综合多种材料的性质，可用作为质谱检测靶板，其用于核酸检测，相比于传统不锈钢靶板该靶板有效提高了质谱样本峰分辨率及信噪比，除此之外，其在拉曼检测、生物传感、催化及光电探测等领域也具有潜在应用。

附图说明

所提供附图可对本发明进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例的工艺图。

图3是图2中步骤2(f)中掩膜版的结构示意图。

图4是本发明实施例的网络结构硅基点阵宏观示意图。

图5是本发明图4中点样区的结构示意图。

图6是本发明实施例1硅基底阵列结构的截面示意图。

图7是本发明实施例1硅表面阵列结构的sem电镜照片。

图8是本发明实施例1硅基底复合阵列结构的截面示意图。

图9是本发明实施例1硅表面复合阵列结构的sem电镜照片。

图10(a)是使用本发明实施例进行核酸样品检测的质谱图；以及图10(b)是图10(a)中质荷比为6650-6750区间的放大图。

图11(a)是使用商用金属靶板(对比例)进行核酸样品检测的质谱图；以及图11(b)是图11(a)中质荷比为6650-6750区间的放大图。

组件标号说明：

s1～s6：步骤

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明第一方面提供一种制备网络结构硅基点阵的方法，请参见图1，该网络结构硅基点阵可依下列方法制作。

s1.在硅基底1上表面自组装微纳米球阵列4；

s2.在具自组装微纳米球阵列4的所述硅基底表面旋涂前驱体溶液；

s3.将所述硅基底1放置在退火炉中退火，以在所述硅基底表面形成微纳米碗阵列结构；

s4.以等离子刻蚀技术对所述经退火的具有微纳米碗阵列结构的硅基底进行刻蚀，形成微纳米葫芦状阵列结构；

s5.将所述硅基底进行掩膜光刻以制备点样区；以及

s6.将所述具有点样区的硅基底制成硅基点阵(靶板)。

根据本发明实施例，步骤s1.包括硅基底1上表面自组装微纳米球阵列4，如图2(a)所示，该步骤可包括：

将微纳米球悬浮液与叔丁醇按预定的体积比混合，并将混合后的微纳米球悬浮液以微注射器缓慢注入放有所述硅基底的水溶液中；再进一步将水溶液放干，使所述微纳米球沉积在所述硅基底表面。

其中，所述硅基底较佳应完全浸没于所述水溶液中。

其中，所述微纳米球悬浮液与叔丁醇的体积比可为1:1。

其中，所述微纳米球可为聚苯乙烯或二氧化硅纳米球，根据本发明，该微纳米球会自组装成六方密排的单层微纳米球阵列于所述硅基底表面。

根据本发明实施例，步骤s2包括在具自组装微纳米球阵列的所述硅基底表面旋涂前驱体溶液2，如图2(b)所示。

其中，所述的前驱体溶液可包括但不限于tio2溶液、zno溶液、cuo溶液或类似物中的至少一种。

根据本发明实施例，步骤s3.包括将所述硅基底放置在退火炉中退火，以在所述硅基底表面形成微纳米碗阵列结构，如图2(c)所示。

其中，所述退火温度可为400～800℃，退火时间可为20分钟～60分钟。

在本发明实施例中，步骤s4包括以等离子刻蚀技术对所述经退火的具有微纳米碗阵列结构的硅基底进行刻蚀，形成微纳米葫芦状阵列结构，如图2(d)所示。

其中，所述以等离子刻蚀技术对所述硅基底进行刻蚀的步骤，可采用电感耦合等离子体(icp)系统，刻蚀气体可为sf6和o2；其中，刻蚀气体的流速可为5～40sccm，刻蚀时间可为5～2000s，icp功率可为200～300w，rf功率可为10～30w。

在本发明实施例中，所述步骤s4更可包括：在所述微纳米葫芦状阵列结构的表面形成金属层、金属化合物层、或高分子包覆层3，以形成复合的葫芦状微纳米阵列结构，如图2(e)所示。

在本发明实施例中，所述金属可包括但不限于pt、au、ag、cu、al、zn、cr、ti或类似金属中的至少一种；所述金属化合物可包括但不限于tio2、zno、al2o3、cuo、gan、tin或类似金属化合物中的至少一种；所述高分子材料可包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂或类似物中的至少一种。

在本发明实施例中，步骤s5包括将所述硅基底进行掩膜光刻以制备点样区，如图2(f)所示。

其中，所述步骤可包括在所述硅基底表面旋涂正性光刻胶5。其中，旋涂参数可为2500rpm，30s；将涂有正性光刻胶的硅基底进行加热烘胶，再进行光刻并显影，即获得点样区，如图3所示。

在本发明实施例中，步骤s6包括将所述具有点样区的硅基底制成靶板，如图4所示。图5为图4中的点样区c的结构示意图。

其中，所述步骤可包括根据靶板应用要求确定靶板尺寸进行划片。

其中，所述划片可为砂轮划片或者激光划片。

如图本发明第二方面提供一种网络结构硅基点阵，如图6所示，包括硅基底1；材料层2，位于所述硅基底的上表面；以及点样区，形成于所述材料层上2。

其中，所述硅基底1的上表面具有多个阵列分布的球状孔洞11。

所述材料层2具有多个阵列分布的半球状穿孔21，其中所述半球状穿孔21恰位于所述球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞11，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞。

在本发明实施例中，所述硅基底上表面与材料层下表面可分布在同一平面a；所述硅基底上表面的球状孔洞11为有球缺的孔洞，所述材料层2的半球状穿孔21为有球带体的孔洞，所述球带体上表面与材料层上表面分布在同一平面b，所述球带体下表面与所述材料层下表面分布在同一平面a；所述的球缺与球带体同轴b；所述有球缺的孔洞11和球带体的孔洞21共同组成葫芦状孔洞。在本实施例中，所述球缺的球缺底面与所述硅基底上表面分布在同一平面a；或者所述球带体上表面可以是球半径截面；或者所述球带体下表面与所述球缺的球缺底面大小相同。

在本发明实施例中，所述葫芦状孔洞可为六方密排或者立方密排成阵列结构，所述阵列结构呈网络状分布。

在本发明实施例中，所述硅基底上表面的球状孔洞其直径可为100nm～100μm；以及所述材料层的材料可包括但不限于tio2、zno、al2o3、cuo、tin或类似物中的至少一种，位于所述材料层上的半球状穿孔其直径为100nm～100μm，高度为50nm～50μm。

在本发明实施例中，所述网络结构硅基点阵更包括包覆层3，如图8所示，所述包覆层3设置于所述硅基底1与所述材料层2表面上，所述点样区c内，沿着所述葫芦状孔洞的内表面分布。

在本发明实施例中，所述包覆层3材料为金属、金属化合物或高分子材料。

在本发明实施例中，所述金属可包括但不限于pt、au、ag、cu、al、zn、cr、ti或类似金属中的至少一种；所述金属化合物可包括但不限于tio2、zno、al2o3、cuo、gan、tin或类似金属化合物中的至少一种；所述高分子材料可包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂或类似物中的至少一种。

所述包覆层3的厚度可为5～500nm。

本发明第三方面提供一种网络结构硅基点阵在质谱检测中应用，其中，所述网络结构硅基点阵是如本发明第一方面所述的方法所制备的网络结构硅基点阵或者如本发明第二方面所提供的网络结构硅基点阵。

在本发明实施例中，所述质谱仪可包括电子轰击质谱仪(ei-ms)、场解吸附质谱仪(fd-ms)、快原子轰击质谱仪(fab-ms)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(maldi-tofms)或电子喷雾质谱仪(esi-ms)中的一种。

在本发明实施例中，所述质谱仪可用于检测的样品包括无机离子、有机无机小分子、高分子化合物、病毒、微生物、核苷酸、核苷、寡核苷酸、核酸、氨基酸、肽、蛋白质、脂质、糖类、碳水化合物、抗原、抗体、细胞或细胞代谢产物中的至少一种。

本发明的网络结构硅基点阵，还可以用于拉曼光谱检测中。

本发明的网络结构硅基点阵，还可以用于光电探测器中。

本发明的网络结构硅基点阵，还可以用于生物传感器中。

本发明的网络结构硅基点阵，还可以用于催化性能表征仪器中。

本发明所采用硅基底表面具有复合微纳米葫芦状阵列结构，微纳米阵列单元其包括上下两个不同材料的类球形微纳米孔，可复合两种以上材料的性质，同时可形成良好的微纳米光学腔，可有效的增强光的吸收。本发明制备工艺简单，通过退火、等离子体刻蚀、磁控溅射等工艺制备得到葫芦状微纳米阵列，该微纳米阵列结构能够有效地均匀分散分析物，同时还能够综合不同材料微纳米阵列结构独特的光电性质，如高的光吸收率、金属表面等离激元效应等，作为飞行时间质谱靶板在核酸检测中具有较好的性能，其通过金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振效应促进样品的解吸与电离，提高样品离化率，有效提高了谱图分辨率及信噪比。本发明在拉曼检测、生物传感、催化及光电探测等领域也具有潜在应用。

以下透过实施例说明本发明所提供制备方法的详细制作流程与条件。

实施例1

a、硅基底的制备

sa1：选取电阻率为0.001-0.009.001，厚度为800μm的4英寸n型双面抛光的硅片。

sa2：对sa1中的硅片进行rca标准清洗以去除表面各种杂质和污染物。具体清洗步骤如下：

1)首先将100ml的氢氟酸与2000ml的水混合配制成氢氟酸溶液，同时将硅片支架清洗、吹干待用，然后将硅片放置于支架上。

2)配制3#液：将660ml的硫酸与220ml的双氧水按3:1混合(先加双氧水后加硫酸)获得3#液，同时用一容器对纯水进行加热。

3)将盛有硅片的支架放置于3#液中进行煮洗，加热温度为250℃，时间为15分钟，煮洗完后将其取出，然后放置于60～80℃的热水中进行冲洗5分钟。

4)配制1#液，将1l的去离子水，200ml的氨水和200ml的双氧水依次加入烧杯中获得1#液，将1#液加热至75℃后将硅片放入1#液中水浴10分钟。

5)配制2#液，将240ml盐酸，240ml双氧水加入1200ml热水(60～80℃)中获得2#液，将硅片放入2#液中水浴15分钟，然后取出放入热水中冲洗5分钟。

6)将硅片置于10％氢氟酸溶液中3分钟以去除表面氧化层，最后再用去离子水冲洗20分钟。

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：将质量分数为5％、直径为530nm的聚苯乙烯微纳米球分散液与叔丁醇按体积比为1：1混合，将混合液放置水中超声5分钟，然后采用50μl微注射器将40μl的微纳米球分散液以45度倾斜角10μl/min的速度缓慢注入到置有经过步骤a处理过的硅片的水槽中(其中硅片应完全被水浸没)，使微纳米球单层紧密排列在水溶液表面，待微纳米球铺满整个水面后打开水槽底部小孔开始缓慢放水，使水表面微纳米球沉积在硅片表面，随后放置于通风橱中使其自然风干。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：取0.546ml浓度为75wt％二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯异丙醇溶液与5ml乙醇混合获得浓度为0.15mol/l的tio2前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为500℃，时间30min，硅基底上表面形成二氧化钛材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔，孔径直径为530nm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于si500电感耦合等离子刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间20s，刻蚀深度为200nm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为480nm，深度为200nm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞，截面结构示意图如图6所示，其微观形貌则如图7所示。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片，采用磁控溅射镀膜系统沉积金属层，溅射功率为200w，沉积厚度为20nm，此时硅片截面示意图如图8所示，金属层为au层时点样区微观结构如图9所示，其中金属层也可以是ag、cu、al、ti、ni、pt。

f、制备硅基网络结构的质谱靶板

sf1：将硅基网络结构进行掩膜光刻以制备质谱靶板点样区，首先在洗净的硅片上旋涂正性光刻胶，旋涂机参数为转速2500rpm，时间为30秒，然后将其置于96℃加热板上烘胶4分钟。

sf2：将涂有光刻胶的硅片置于光刻机进行光刻，采用的光刻掩膜版是边长d1为5寸镉板，掩膜版示意图如图3所示，透光部分为边长d2为2mm的正方形图案，光刻机光刻模式为hard，曝光时间为12秒，曝光结束后立即放置于显影液中震荡显影120秒以去除被曝光区域的光刻胶，随后用去离子水冲洗一分钟后氮气吹干，获得边长为2mm的方形点样区。

sf3：将所述硅基网络结构的硅片采用砂轮划片机按商用靶板尺寸进行切割获得硅基网络结构的质谱靶板，靶板长31.2mm宽19.6mm，如图4所示，包括多个点样区c，点样区c内的结构俯视图如图5所示。

在本实施例中，点样区的结构可以根据掩膜版的形状形成其他结构，如圆形、正三角形、正六边形等。点样区的尺寸大小可以根据产品需求适应性调整，比如根据需求形成直径为10μm的圆形，边长为5mm的正三角形，边长为5mm的正方形，或直径为5mm的圆形。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了500纳米左右的二氧化钛与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排，通过进一步在表面沉积20纳米厚金获得如图6所示au/tio2/si复合葫芦状微纳米阵列结构。

实施例2

a步骤同实施例1

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：将质量分数为10％、直径为10μm的聚苯乙烯微纳米球分散液与叔丁醇按体积比为1：1混合，将混合液放置水中超声5分钟，然后采用50μl微注射器将40μl的微纳米球分散液以45度倾斜角10μl/min的速度缓慢注入到置有经过步骤a处理过的硅片的水槽中(其中硅片应完全被水浸没)，使微米球单层紧密排列在水溶液表面，待微米球铺满整个水面后打开水槽底部小孔开始缓慢放水，使水表面微米球沉积在硅片表面，随后放置于通风橱中使其自然风干。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：将zn(oac)2·2h2o(>98％)和聚环氧乙烷(peo)(mw＝1500)溶解于去离子水中获得0.01mol/l的zn(oac)2前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为450℃，时间60min，硅基底上表面形成氧化锌材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔，孔径直径为10μm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于电感耦合等离子体刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间500s，刻蚀深度为5μm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为10μm，深度为5μm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞，截面结构示意图如图6所示。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片，采用磁控溅射镀膜系统沉积金属层，溅射功率为200w，沉积厚度为250nm，此时硅片截面示意图如图8所示。其中金属层可以是au、ag、cu、al、ti、ni、pt。

f步骤同实施例1。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了10μm左右的氧化锌与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排。

实施例3：

a步骤同实施例1

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：首先将清洗后的硅基底置于q150微波等离子去胶机在n2气氛下进行活化1分钟，随后将质量分数为40％、直径为50μm的二氧化硅微纳米球分散液利用匀胶机将2ml的二氧化硅微纳米球旋涂在硅基底表面，匀胶机参数为先在500rpm下运转5s，随后在2500rpm下运转30s，使二氧化硅微纳米球单层紧密排列于硅基底表面。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：将6.09克分析纯mgcl2·6h2o置于50毫升容积的烧杯中，加入去离子水溶解，随后在加入7.2克分析纯co(nh2)2，搅拌后用分析纯hcl调节溶液ph值在3-9之间，形成氧化镁前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为700℃，时间30min，硅基底上表面形成氧化镁材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔形成微纳米碗阵列结构，孔径直径为50μm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于si500电感耦合等离子体刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间500s，刻蚀深度为5μm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为8μm，深度为5μm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片采用磁控溅射镀膜系统沉积金属氮化物层，沉积厚度为200nm，其中这个金属氮化物层也可以aln、gan。

f步骤同实施例1。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了50μm左右的金属氮化物与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排。

实施例4

a步骤同实施例1

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：将质量分数为5％、直径为360nm的聚苯乙烯微纳米球分散液与叔丁醇按体积比为1：1混合，将混合液放置水中超声5分钟，然后采用50μl微注射器将40μl的微纳米球分散液以45度倾斜角10μl/min的速度缓慢注入到置有硅片的水槽中(其中硅片应完全被水浸没)，使微纳米球单层紧密排列在水溶液表面，待微纳米球铺满整个水面后打开水槽底部小孔开始缓慢放水，使水表面微纳米球沉积在硅片表面，随后放置于通风橱中使其自然风干。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：取0.546ml浓度为75wt％二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯异丙醇溶液与5ml乙醇混合获得浓度为0.15mol/l的tio2前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为500℃，时间30min，硅基底上表面形成二氧化钛材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔形成微纳米碗阵列结构，孔径上表面圆形直径为360nm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于si500电感耦合等离子刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间10s，刻蚀深度为100nm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为280nm，深度为100nm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片，采用公知的方法进行使用聚酰胺酸溶液制备聚酰亚胺薄膜，即可以通过使聚酰胺酸溶液浇铸在硅片上进而在阵列结构硅基点阵表面沉积25nm聚酰亚胺高分子层。

f步骤同实施例1。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了360nm左右的聚酰亚胺高分子与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排。

实施例5

a步骤同实施例1

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：将质量分数为5％、直径为100μm的聚苯乙烯微纳米球分散液与叔丁醇按体积比为1：1混合，将混合液放置水中超声5分钟，然后采用50μl微注射器将40μl的微纳米球分散液以45度倾斜角10μl/min的速度缓慢注入到置有经过步骤a处理过的硅片的水槽中(其中硅片应完全被水浸没)，使微米球单层紧密排列在水溶液表面，待微米球铺满整个水面后打开水槽底部小孔开始缓慢放水，使水表面微米球沉积在硅片表面，随后放置于通风橱中使其自然风干。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：取0.546ml浓度为75wt％二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯异丙醇溶液与5ml乙醇混合获得浓度为0.15mol/l的tio2前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为500℃，时间30min，硅基底上表面形成材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔形成微纳米碗阵列结构，孔径直径为100μm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于si500电感耦合等离子体刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间2500s，刻蚀深度为25μm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为50μm，深度为25μm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片，磁控溅射镀膜系统沉积金属层，溅射功率为200w，沉积厚度为500nm。

f步骤同实施例1。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了100μm左右的金属与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排。

实施例6

a步骤同实施例1

b、在硅基底上表面自组装微纳米球阵列结构

sb1：将质量分数为5％、直径为100nm的聚苯乙烯微纳米球分散液与叔丁醇按体积比为1：1混合，将混合液放置水中超声5分钟，然后采用50μl微注射器将40μl的微纳米球分散液以45度倾斜角10μl/min的速度缓慢注入到置有经过步骤a处理过的硅片的水槽中(其中硅片应完全被水浸没)，使微纳米球单层紧密排列在水溶液表面，待微纳米球铺满整个水面后打开水槽底部小孔开始缓慢放水，使水表面微纳米球沉积在硅片表面，随后放置于通风橱中使其自然风干。

c、制备硅基网络结构中的材料层

sc1：取0.546ml浓度为75wt％二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯异丙醇溶液与5ml乙醇混合获得浓度为0.15mol/l的tio2前驱体溶液，随后采用匀胶机将前驱体溶液旋涂在自组装了微纳米球阵列的所述硅基底表面，匀胶机旋涂参数为5000rpm、时间30s，使溶液均匀分散在表面并自然风干。

sc2：将上述硅片放入马弗炉中退火，退火温度为500℃，时间30min，硅基底上表面形成材料层，形状为阵列分布的半球状穿孔形成微纳米碗阵列结构，孔径直径为100nm。

d、制备硅基网络结构中阵列分布的球状孔洞

sd1：将硅基底表面形成了阵列分布的半球状穿孔材料层置于si500电感耦合等离子刻蚀系统进行刻蚀，刻蚀参数为：icp电极功率200w，rf功率15w，sf6流量20sccm，刻蚀时间5s，刻蚀深度为50nm，此时在硅基底上表面形成阵列分布的球状孔洞，孔洞上表面圆形直径为80-100nm，深度为50nm，其中半球状穿孔正好位于该球状孔洞上方并且连通所述球状孔洞，而共同组成多个阵列分布的葫芦状孔洞，如图6所示。

e、制备硅基网络结构的包覆层

se1：将硅片表面具有阵列分布的葫芦状孔洞的硅片，采用磁控溅射镀膜系统沉积金属层，溅射功率为200w，沉积厚度为5-20nm。

f步骤同实施例1。

本实施例制成了具有多个点样区c的网格结构硅基点阵，在点阵内，成功制备了100nm左右的金属与硅复合葫芦状孔洞微纳米阵列结构，阵列单元呈六方密排。

本发明所采用硅基底表面具有复合微纳米葫芦状阵列结构，微纳米阵列单元其包括上下两个不同材料的类球形微纳米孔，可复合两种以上材料的性质，同时可形成良好的微纳米光学腔，可有效的增强光的吸收。本发明制备工艺简单，通过退火、等离子体刻蚀、磁控溅射等工艺制备得到葫芦状微纳米阵列，该微纳米阵列结构能够有效地均匀分散分析物，同时还能够综合不同材料微纳米阵列结构独特的光电性质，如高的光吸收率、金属表面等离激元效应等，作为飞行时间质谱靶板在核酸检测中具有较好的性能，其通过金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振效应促进样品的解吸与电离，提高样品离化率，有效提高了谱图分辨率及信噪比。本发明在拉曼检测、生物传感、催化及光电探测等领域也具有潜在应用。

在本发明的网络结构硅基点阵可以应用在质谱靶板检测中，在网络结构硅基点阵的质谱靶板上制备样品包括以下步骤：

将乙腈与水按体积比1:1配制成一定量的溶剂，称取30mg纯度大于99％的3-羟基-2-吡啶甲酸(3-hpa)溶于1ml的溶剂中获得3-hpa饱和溶液，然后置于55℃热水中，水浴加热5分钟，获得3-hpa基质溶液；

将1μl所述3-hpa基质溶液与1μl的寡合苷酸样品按1:1的体积比滴于硅基网络结构的质谱靶板的点样区，自然风干后送入基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(maldi-tofms)进行检测，质谱采用负离子模式，激光能量为24.7μj，获得的质谱图如图10(a)和图10(b)所示。

本发明的网络结构硅基点阵还可以用于拉曼检测中，采用本发明的网络结构硅基点阵用作拉曼检测衬底。其方法具体包括：首先配置浓度为10^-4到10^-8mol/l的罗丹明(rhodamine6g，r6g)试剂作为探针分子，并将其滴涂在网络结构硅基点阵的衬底上阵列芯片上进行拉曼谱图的测试，采用xplora拉曼仪，测试条件：入射光波长为532nm，激光功率为0.2mw，扫描时间为5s。

本发明的网络结构硅基点阵还可以用作微型反应釜，本发明的网络结构硅基点阵亦可应用于生物和化学反应中，其中所述网络结构硅基点阵中的每一个葫芦状孔洞为一个微型反应釜。

对比例：

采用传统商用不锈钢靶板。所使用基质与样品的浓度和比例、仪器及其测试参数均与实施例中相同。

制备分析样本

将乙腈与水按体积比1:1配制成一定量的溶剂，配制3-羟基-2-吡啶甲酸(3-hpa)饱和溶液，然后置于55℃水浴加热5分钟，获得3-hpa基质溶液。

将所述3-hpa基质溶液与核酸样品按1:1的体积比分别滴于商用不锈钢靶板和本发明实施例1的网络结构硅基点阵的点样区，自然风干后送入maldi-tofms进行检测，本发明实施例1所获得的质谱图如图10(a)和图10(b)所示，商用不锈钢靶板所获得的质谱图如图11(a)和图11(b)所示。

从图6及图8可以看出，本发明点样区纳米槽阵列非常规整，这将有利于分析物样品的分散和表面电场的均匀分布，在表面溅射一层金纳米颗粒后，可以利用其局域表面等离激元共振效应增强二氧化钛(tio2)的光催化效应，进一步提高分析物的电离效率。

图10(a)和(b)是本发明具有微纳米葫芦状阵列结构的网络结构硅基点阵所测得的寡核苷酸质谱结果，图11(a)和(b)是对比例中采用商用不锈钢靶板检测相同寡核苷酸的质谱图。从图10(a)与图11(a)对比可以看出，实施例1的质谱图峰型要好于对比例中质谱峰型。通过进一步对比两者于质荷比为6650–6750区域放大图，请参见图10(b)和图11(b)，其中，本发明具有微纳米葫芦状阵列结构的网络结构硅基点阵的结果，在质荷比为6704.81的峰，其分辨率r为838.01，而对比例中相应峰质荷比为6707.15的峰，其分辨率r为632.15，低于前者，可见本发明的微纳米葫芦状阵列结构的靶板用于检测寡核苷酸可获得峰型更好，分辨率更高的质谱图，提高了质谱的精准性，这在基因检测中具有重要意义，特别是在单核苷酸多态性(snp)基因分型中的应用。此外，本发明在拉曼检测、生物传感、催化及光电探测等领域也具有潜在应用。

上述实施例用于例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求所列。