[實用新型]細胞電生理集成芯片

無效

• 申請號: 200720184563.6
• 申請日: 2007-10-29
• 公開（公告）號: CN201110854Y
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 王平;徐瑩;余輝;蔡華;劉清君;朱斯
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N27/00;C12Q1/02;A61B5/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及細胞生理學，細胞傳感器以及集成芯片技術，具體涉及一種細胞電生理集成芯片。

背景技術

傳統的神經電生理檢測基本采用微電極進行細胞內記錄，或者應用膜片鉗(patch?clamp)技術，將內裝電極的玻璃毛細管緊貼于細胞膜，在吸破細胞膜后進行全細胞記錄。微電極和膜片鉗所存在的問題主要在于：用微電極刺入細胞或者鉗制細胞，都會對細胞造成一定的損害，并導致細胞在很短的時間內死亡，限制了對動作電位以及離子通道電流記錄的實時檢測；同時，可供選擇采集信號的細胞數較少，并且難以確定突觸的確切位置，所記錄到的信號難以具有代表性；另外，由于技術上的限制，膜片鉗技術目前仍難以實現對多個神經元進行同步測量。胞外信號檢測方法由于可以實現無損，長時程的測量而受到越來越多的關注，但是，在進行細胞生理實驗時，對單一參數的監測往往只能從某一方面反映出細胞的生理活動，而測試環境的復雜性(各種噪聲源、長期測試后培養液對電極的腐蝕等)會干擾測試的結果，所以對細胞生理活動的機理的揭示則需要同時對多種相關的生理參數進行綜合分析才能完成。目前，現有儀器或器件功能單一，指標不夠穩定(信噪比較低，參考對照方法較少)，且不能實現多參數同時檢測，成為快速細胞生理分析發展的瓶頸。

發明內容

本實用新型的目的在于它提供一種細胞電生理集成芯片，將細胞生化參數和電生理參數檢測集成于一體，克服細胞生理參數的同時測試的難題。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

1、一種細胞電生理集成芯片：

在Si基底正面中間集成MEA微電極陣列，在MEA微電極陣列兩側分別集成IDA叉指電極和LAPS光尋址電位傳感器，在MEA微電極陣列另外兩側分別對稱設置參考電極。

所述的IDA叉指電極為梳狀的叉指電極對，單個叉指電極中間為暴露出的Au電極以及下面Cr黏附層，周圍高出部分為SiO₂或Si₃N₄絕緣保護層，下面依次分別為SiO₂層和Si基底。

所述的MEA微電極陣列為6排正方形電極孔陣列，單個微電極結構與前所述IDA叉指電極的單個叉指電極結構相同。

所述的LAPS光尋址電位傳感器結構分為4層，依次分別為Si₃N₄層，SiO₂層，Si基底以及Al層。

2、一種細胞電生理集成芯片的制作方法：

MEA微電極陣列制備過程為：采用標準半導體制作工藝，先濺射300nm的Au到硅片基底上，再采用剝離技術形成Au電極，為了和絕緣層貼合需加一層30nm的Ti、Cr或Ni層，最后做Si₃N₄或聚酰亞胺絕緣保護層，并蝕刻出電極孔；

IDA叉指電極制備過程為：采用多層光刻工藝加工電極，電極表面的叉指對為暴露出的Au電極，引線部分除了焊盤外均覆蓋由等離子體氣相沉積技術形成的SiO₂的絕緣層，并刻蝕出有效細胞貼附區；

LAPS光尋址電位傳感器制備過程為：在Si基片上采用深法刻蝕技術將LAPS區域的氧化層干法刻蝕掉，然后采用等離子體氣相沉積技術先后生長一層SiO₂層和Si₃N₄層；將基底Si基片背面的氧化層用HF溶液腐蝕掉，正面用光刻膠進行保護；然后在硅片背面濺射一層Al層作歐姆接觸，完成集成芯片LAPS光尋址電位傳感器的制作；

參考電極制備過程為：采用標準半導體制作工藝，先濺射300nm的Au到硅片基底上，再采用剝離技術形成金電極，為了和絕緣層貼合需加一層30nm的Ti、Cr或Ni層，最后做Si₃N₄或聚酰亞胺絕緣保護層，并蝕刻出參考電極。

在集成芯片上分別集成了微電極陣列傳感器(microelectrode?array，MEA)，光尋址電位傳感器(light-addressable?potentiometric?sensor，LAPS)和叉指型細胞-阻抗傳感器(interdigital?sensor，IDA)三種傳感器。集成芯片各部分同時工作，通過表面處理在集成芯片上培養了心肌細胞、嗅覺細胞等具有電生理活性的細胞，配合流動注射技術連續監測細胞從正常生理狀態到藥物刺激下的形態變化、動作電位以及代謝物質的改變。

本實用新型具有的有益效果是：