為改變固體的表面性質(zhì)，固體的表面涂覆是一種廣泛采用的方法。在此只涉及由基金屬制造的日用品的無(wú)數(shù)防腐方法，或目的在于改變它們外觀的物體的涂漆。

通常將涂覆看成是給工件或支承面板施加無(wú)定形材料的牢固粘附層的一種加工方法。原則上可將其分成四種涂覆方法，各種方法的區(qū)別在于涂覆前涂覆材料的狀態(tài)1．以氣體或蒸氣狀態(tài)涂覆，例如汽相淀積或金屬噴鍍；2．以液體、漿體或膏體狀態(tài)涂覆，例如涂漆、分散體或熱熔體涂布；3．通過(guò)電解附著或化學(xué)淀積以離子狀態(tài)涂覆，例如特別是陽(yáng)極處理方法或電泳涂漆；4．以固態(tài)，即以顆?；蚍勰顟B(tài)涂覆，例如粉末涂覆或燒結(jié)涂覆。

塑料已經(jīng)成為一些應(yīng)用領(lǐng)域選擇的生產(chǎn)原料，其中特別是在醫(yī)療診斷和環(huán)境分析方面，采用便宜的一次性用品的情況。塑料，特別是便宜又容易加工幾乎可隨意成型的商用塑料，通常是由非極性的有機(jī)聚合物組成，它們大多數(shù)不能被極性介質(zhì)，例如水或含水的液體，特別是生物試樣所潤(rùn)濕，或只能不充分地潤(rùn)濕。有些應(yīng)用就是利用這種性質(zhì)，特別是在不希望液體附著到塑料物體上的場(chǎng)合，例如一次性使用的移液管尖咀。另一方面，還有許多塑料物體應(yīng)用領(lǐng)域，希望具有被極性液體潤(rùn)濕的性質(zhì)，例如在迅速診斷方面，可將塑料用作吸收生物試樣液體的材料。

因此，現(xiàn)有許多不同的方法，目的在于將塑料表面改性成親水的。親水性表面的特征在于表面張力高，其表面張力值接近于水的表面張力值(72 mN/m)。塑料表面親水性改性的實(shí)例可提到電暈-等離子體處理、等離子體化學(xué)汽相淀積(PACVD，例如克爾海姆Antec公司)。

上述的能使塑料表面，不論是薄膜還是模制件的部件形式改性成親水性的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

電暈-等離子體處理提高了表面張力，在處理后幾天到幾周的短期間內(nèi)，表面張力連續(xù)下降。此外，能達(dá)到的表面張力也比較小采用PACVD技術(shù)能達(dá)到的表面張力，比電暈-等離子體處理達(dá)到的稍高，雖然這種方法得到的表面覆層有一時(shí)的穩(wěn)定性，但在這種情況下，仍然觀測(cè)到表面張力隨時(shí)間而下降。

具有所謂光鍵合表面的表面或已采用含潤(rùn)濕劑層涂覆的表面，其表面張力在一時(shí)是穩(wěn)定的。然而，這二種方法并不能得到最佳的高表面張力。采用含潤(rùn)濕劑層涂覆的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是，潤(rùn)濕劑積累在與該層接觸的液態(tài)含水試樣中，因此可能改變?cè)嚇踊蚴乖嚇硬荒苁褂谩?/p>

借助于溶膠-凝膠技術(shù)在待改性的表面上涂覆無(wú)機(jī)-有機(jī)的毫微米厚復(fù)合物，能提高表面張力。然而其缺點(diǎn)是，這種方法本身昂貴，而且還消耗時(shí)間，這就是它似乎不適合大量塑料制品改性的原因。

如何才能提供一種有一時(shí)穩(wěn)定性的具有高表面張力的表面涂層，例如用于親水性改性的物品。此外，為了適合大量產(chǎn)品的改性，應(yīng)能采用簡(jiǎn)單可靠的方法進(jìn)行涂覆。

在物體上淀積一層至少一種可用水氧化的元素或一種可用水氧化的合金，然后通過(guò)沸水或水蒸汽與淀積層作用，至少在表面上將其氧化。

提高物體表面張力的表面覆層的應(yīng)用，其特征在于，表面覆層是通過(guò)淀積一層至少一種可用水氧化的元素或一種可用水氧化的合金，然后通過(guò)沸水或水蒸汽與淀積的表面覆層作用制得的。

優(yōu)選采用沸水或水蒸汽，特別優(yōu)選采用無(wú)離子水處理淀積后的表面覆層。

表面張力的增加是由極性增加引起的，并相應(yīng)于使該表面的親水性增加。親水性是表面對(duì)引水的親和性。在這種情況下，親水的表面是吸引水的表面。水性試樣還包括血液、尿、唾液、汗之類的生物試樣以及從它們中得到的試樣，例如血漿和血清，它們能在這類表面上很好地展開(kāi)。這類表面的特征還在于，水滴在界面上形成的邊界角或接觸角是銳角(參見(jiàn)例如在“CD倫普斯化學(xué)百科全書(shū)”(1995年1.0版)中“潤(rùn)濕”條目下的陳述)。相反地，在疏水性即斥水性的表面上，水滴與表面的界面形成的邊界角是鈍角。

由測(cè)試液體和被檢測(cè)表面的表面張力形成的邊界角，是表面親水性的量度。例如水的表面張力為72mN/m。如果被觀測(cè)表面的表面張力值比該值低很多，即大于20mN/m，則其潤(rùn)濕作用差，得到的邊界角是鈍角。這樣的表面被稱作疏水性表面。如果表面張力接近水的表面張力值，則其潤(rùn)濕性好，邊界角是銳角。相反，如果表面張力等于或大于水的表面張力值，那么液滴就能滲開(kāi)，所以液體會(huì)完全展開(kāi)。因而不能再測(cè)定其邊界角。以水滴形成的邊界角是銳角的表面或在其上觀測(cè)到水滴完全展開(kāi)的表面，被稱作親水性表面。

通過(guò)在物體上淀積一層至少一種可用水氧化的元素或一種可用水氧化的合金進(jìn)行表面涂覆。所有在未涂覆狀態(tài)下的表面親水性低于在處理后的涂覆狀態(tài)下的表面親水性的所有物品，均可作為待涂覆的物體。在這些物體可具有任何形狀，例如平的、三維的或多孔的場(chǎng)合，它們的實(shí)例是塑料、金屬、玻璃、陶瓷、紙、毛狀物和紙板等。

原則上可以采用上述的所有4種涂覆方法，即以氣態(tài)或汽態(tài)、以液體、漿體或膏體狀態(tài)，以離子狀態(tài)或固體狀態(tài)淀積該覆層。優(yōu)選以氣態(tài)進(jìn)行涂覆。特別優(yōu)選采用真空噴霧裝置將可用水氧化的元素或合金層施加到待改性的表面上。對(duì)于包裝工業(yè)和電子工業(yè)的大量表面涂覆，采用鋁作為可用水氧化的元素，采用這種方法，成本效率高可將這些層作為覆蓋整個(gè)表面的連續(xù)層施加到待覆蓋的物體上，而且還能形成任何二維的圖案。

在實(shí)際涂覆可用水氧化的元素或合金的淀積層后，用沸水或水蒸汽作用進(jìn)行處理是重要的。在這種情況下，使沸水或水蒸汽在常壓下作用就足夠了。然而，優(yōu)選采用過(guò)熱水蒸汽，因?yàn)檫@能顯著地降低處理時(shí)間。例如，采用過(guò)熱水蒸汽在約45秒內(nèi)可將30nm厚的鋁層完全氧化。

在這種處理中，可用水氧化的元素或合金的淀積層，至少在表面上被氧化。在此過(guò)程中，至少可用水氧化的元素或合金的淀積層的表面喪失其元素的性質(zhì)。就金屬或其合金而言，這還意味著喪失光澤和電導(dǎo)。在此過(guò)程中，表面的氧化超過(guò)作為天然保護(hù)層而存在的層。在用沸水或水蒸汽處理過(guò)程中，這些薄金屬層被氧化到如此程度，以致它們完全失去其金屬的外觀，并可能完全透明的。

采用沸水或水蒸汽進(jìn)行處理，優(yōu)選使用純水，特別優(yōu)選使用無(wú)離子水(例如，根據(jù)德國(guó)藥典的純化水)。以這種方法得到的表面，不會(huì)如在其它氧化過(guò)程中，特別是在例如用氧化性酸氧化的濕法化學(xué)氧化過(guò)程中，出現(xiàn)化學(xué)試劑的污染，因此，可省略純化和沖洗步驟，使該方法更簡(jiǎn)單，成本效率更好。

采用可被沸水和水蒸汽氧化的基元素涂覆是可行的。優(yōu)選Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Cd、In、Sn和Sb元素。Al、Si、Ti和Zr是特別優(yōu)選的。Al更是特別優(yōu)選的。

也可以采用可被沸水或水蒸汽氧化的基合金。這些優(yōu)選的合金包含至少下列二種元素成分Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Cd、In、Sn和Sb。例如含99％(重量)的Al和1％(重量)的Si的合金是適宜的。

一種適宜的合金是它包含至少一種下列第一組元素成分Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Cd、In、Sn和Sb，該成分與至少一種下列第二組元素形成合金，第二組元素包括Mg、Ca、Sr和Ba，例如該合金包含95％(重量)的Al和5％(重量)的Mg的合金。特別優(yōu)選的合金是它包含至少一種下列第一組元素Al、Si、Ti和Zr，該元素與下列第二組元素中至少一種元素形成合金，該第二組元素包括Mg、Ca、Sr和Ba。更是特別優(yōu)選的是由鋁與至少一種下列元素Mg、Ca、Sr和Ba形成的合金。

淀積的覆層，厚度優(yōu)選1nm-500nm，沸水和水蒸汽與淀積層作用形成氧化層，氧化層厚度優(yōu)選0.1nm-500nm，特別優(yōu)選10nm-100nm。

產(chǎn)生的表面覆層是均勻的無(wú)機(jī)氧化物層，它們具有高表面張力和高極性，它們?cè)陂L(zhǎng)期間內(nèi)是穩(wěn)定的，對(duì)被涂覆的物體具有優(yōu)良的附著性能以及伴生的彈性。

具有高表面張力(高能表面)的表面特征能引起某些技術(shù)測(cè)定問(wèn)題。在各種測(cè)定方法中，例如在接觸角的測(cè)定中，應(yīng)用了被測(cè)表面對(duì)測(cè)試液體的界面影響。由于幾乎不可能生產(chǎn)其表面張力值明顯高于水的表面張力(72mN/m)的測(cè)試液體，所以能在該值以上外推是有一定限度的。對(duì)于這些問(wèn)題還有動(dòng)力學(xué)的影響。能潤(rùn)濕表面的液體一般在不到1.5秒的短時(shí)間內(nèi)就展開(kāi)了。然而，測(cè)定關(guān)于毛細(xì)管活性的表面張力，自發(fā)潤(rùn)濕作用是重要的。在動(dòng)態(tài)接觸角方法中，人們涉及不斷變大液滴潤(rùn)濕的前進(jìn)角。然而，采用在市場(chǎng)上可以買到的自動(dòng)接觸角測(cè)定儀對(duì)液滴進(jìn)行的配量和測(cè)定是太慢，以致對(duì)這里提到的親水性表面覆層不能明確地描述根據(jù)表面覆層。因此，結(jié)果證明，通過(guò)對(duì)比測(cè)定測(cè)試毛細(xì)管的充滿時(shí)間來(lái)測(cè)定根據(jù)表面覆層是可行的。

圓筒形的測(cè)試毛細(xì)管是由二個(gè)平行相對(duì)的薄膜組成的，通過(guò)以雙面膠帶的形式準(zhǔn)確界定的間隔，使薄膜互相保持界定的距離，這二個(gè)薄膜決定了毛細(xì)管長(zhǎng)度、寬度和高度的尺寸。這二個(gè)薄膜相對(duì)的表面具有待測(cè)試的覆層。毛細(xì)管的尺寸是，高度0.1mm，寬度2mm和長(zhǎng)度15mm，在這種情況下，毛細(xì)管的長(zhǎng)度相應(yīng)于液體可利用的傳輸路徑，毛細(xì)管的高度是能引起毛細(xì)現(xiàn)象的尺寸。毛細(xì)管具有一個(gè)用于吸收測(cè)試液體的開(kāi)口，其橫截面積是0.1mm×2mm，與圓筒形毛細(xì)管的底面相應(yīng)。在毛細(xì)管的相對(duì)端，有一個(gè)排氣口，在吸收測(cè)試液體時(shí)，它能使毛細(xì)管中被置換的空氣逸出。測(cè)試液體優(yōu)選根據(jù)德國(guó)藥典的蒸餾水或純化水，采用其它測(cè)試液體也是可行的，視表面覆層的應(yīng)用領(lǐng)域，例如血液或其它體液而定。測(cè)定測(cè)試液體充滿一半(7.5mm傳輸路徑)和完全充滿(15mm傳輸路徑)的時(shí)間。在實(shí)施例1中敘述了所得的對(duì)比結(jié)果。

表面覆層在分析測(cè)試元件中用于提高親水性是特別優(yōu)選的。因此本文還涉及如測(cè)試條的分析測(cè)試元件，其中試樣液體從試樣施加位置傳輸?shù)綔y(cè)定位置，其中檢測(cè)位置處于施加試樣位置的傳輸方向的上游。在這種情況下，重要的是分析測(cè)試元件至少具有一個(gè)表面，該表面由至少一種可用水氧化的元素，或一種可用水氧化的合金組成，該表面已通過(guò)沸水或水蒸汽作用進(jìn)行處理。已考慮采用上述材料作為其中的元素和合金。

就毛細(xì)管間隙測(cè)試元件而言，制成親水的表面是特別重要的。毛細(xì)管間隙檢測(cè)元件是這樣的測(cè)試元件，在其中借助于毛吸作用力，在傳輸孔道(毛細(xì)管孔道，毛細(xì)管間隙)中將試樣液體從試樣施加位置輸送到較遠(yuǎn)的試樣檢測(cè)位置，以便在該位置上檢測(cè)反應(yīng)。

毛細(xì)管吸收液體的能力，取決于液體對(duì)孔道表面的潤(rùn)濕性。對(duì)于水性試樣，這意味著毛細(xì)管應(yīng)由表面張力近達(dá)到72mN/m或超過(guò)該值的材料制造。

制造能迅速地吸收水性試樣的毛細(xì)管的充分親水性的材料是例如玻璃、金屬或陶瓷。然而，這些材料不適合在測(cè)試載體中使用，因?yàn)樗鼈冇幸恍﹪?yán)重的缺點(diǎn)，例如玻璃或陶瓷有破碎的危險(xiǎn)。因此通常采用塑料薄膜或模制件制造測(cè)試元件。一般所用塑料的表面張力幾乎不超過(guò)45mN/m。即使采用相對(duì)說(shuō)來(lái)最親水的塑料，例如聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)或聚酰胺(PA)，如果采用它們，只能制造緩慢吸收的毛細(xì)管。由例如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)之類疏水性塑料制造的毛細(xì)管，基本上不吸收水性試樣。因此，對(duì)于具有毛細(xì)管活性孔道的測(cè)試元件，必須賦予用作結(jié)構(gòu)材料的塑料以親水性，即使它們親水化。

因此，在具有毛細(xì)管間隙的分析測(cè)試元件中，至少一個(gè)，但優(yōu)選二個(gè)，特別優(yōu)選二個(gè)相對(duì)的表面最好是親水的，它們形成能夠傳輸液體的毛細(xì)管孔道的內(nèi)表面。如果一個(gè)以上的表面是親水性的，則這些表面可采用相同或不同的方法制成親水性的。在形成毛細(xì)管活性孔道的材料本身是疏水性的或只有非常輕微的親水性時(shí)，親水化是特別必要的，因?yàn)樗鼈兪怯衫绶菢O性的塑料組成的。采用例如聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二酸乙烯酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)之類的非極性塑料作為載體材料是有利的，因?yàn)樗鼈儾晃毡粰z測(cè)的液體，因此檢測(cè)反應(yīng)能有效地利用試樣體積。毛吸管孔道表面的親水化，能使極性的，優(yōu)選水性的試樣液體易進(jìn)入毛細(xì)管孔道，并在其中迅速地傳輸?shù)竭M(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)元件的位置。

特別優(yōu)選采用氧化鋁薄層進(jìn)行親水化。例如可通過(guò)給工件真空淀積金屬鋁，然后氧化該金屬，或采用金屬薄膜或覆金屬的塑料膜制造測(cè)試載體，將這些層直接施加到所需的測(cè)試元件部件上，為了達(dá)到所需的親水性，這些金屬層也必須被氧化。在這種情況下，金屬層的厚度為1-500nm是足夠的。然后將金屬層氧化成氧化的形式，因此證明，在水蒸氣存在下或在水中煮沸進(jìn)行氧化是特別適宜的方法。以這種方法制備的氧化物層，厚度為0.1-500nm，優(yōu)選10-100nm，視方法而定。在實(shí)踐中，原則上可以得到層厚較大的金屬層以及氧化物層，但沒(méi)有任何附加的有利作用。

表面覆層的進(jìn)一步應(yīng)用是--使聚合物薄膜、織物、毛狀物或制成的三維模制體成為親水性的和清潔的，以提高它們對(duì)漆層，粘結(jié)層或塑料層的附著性能，--對(duì)極性分子或材料的吸附粘合，特別是用于對(duì)生物活性分子，例如蛋白質(zhì)、酶、抗體和核酸的吸附(參見(jiàn)例如化學(xué)制藥通報(bào)，41，(1993)1055)，因?yàn)楸砻鎻埩Φ脑黾影殡S著表面極性的增加。

--形成表面的圖案，例如傳輸極性液體的交叉隔板，用作極性和非極性區(qū)之間界定的邊界，在這種情況下，這些圖案可由淀積材料本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，或隨后在用沸水或水蒸汽處理時(shí)，例如用石蠟選擇性地覆蓋淀積材料層的某些區(qū)域產(chǎn)生。