[實用新型]檢測細胞生理參數的光電復合一體式傳感器及集成硅芯片

無效

• 申請號: 200920200584.1
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號: CN201569654U
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 王平;肖麗丹;余暉;胡朝穎;蔡華;劉清君
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/483
• 分類號: G01N33/483;H01L21/77
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及細胞電生理學、微機電加工技術、細胞傳感器等領域。在監測中，可用于對離體培養細胞的生理狀態及生理功能進行分析；通過改變細胞生長的微環境、監測細胞各生理參數的變化響應來對微環境進行分析。

背景技術

細胞生理學是在細胞水平和分子水平研究生理過程中生物信號的性質及功能的一門學科，能對細胞膜電特性等功能等進行分析，是生命科學的基礎。細胞膜上的離子通道是細胞正常生理活動的重要載體。膜片鉗和熒光染色是研究細胞膜上離子通道中離子運輸和細胞結構的一些重要方法。雖然這些方法比較直接且能較精確地檢測，但是對細胞有損傷和毒性，因此對細胞的長期活動過程難以檢測；同時在檢測過程中所需要的設備比較昂貴且不易操作。

隨著現代微電子技術和微加工技術的發展，細胞的研究平臺向無侵入性、長期檢測、高通量、低成本方向發展。檢測范圍也從傳統的離子通道研究向整個生長過程及整個細胞的結構功能擴展。

細胞阻抗是離體培養細胞在培養皿壁上生長時的貼附、遷移、凋亡等狀態進行研究的一種手段。當細胞生長在阻抗芯片的電極上時，由于細胞膜的絕緣性，使得電極和溶液之間的接觸空間減小，從而使阻抗變化。細胞和電極的貼附面積和力度可以用來表征細胞在電極上的生長狀態。常用的阻抗電極中，叉指型的電極能增加電極邊緣的周長，增加細胞阻抗檢測的靈敏度。

對于電興奮性細胞來說，細胞的胞內動作電位檢測可以對離子通道的各部分離子運動進行表征，同時也體現在細胞胞外的電場分布上。在現代的檢測方法中，場效應管和多位點電極陣列為兩種常用的方法。相比之下多位點電極陣列加工比較簡單，運用較多。通常，多位點電極的位點尺寸和細胞大小相匹配，為多通道并行檢測，可同時對細胞間交流如心肌合胞體、神經網絡的信息傳遞可以同步映射；除此之外，也能通過胞外的信號波形對離子通道的功能進行描繪。

由于不是所有的離子都能在胞外電場信號中得到映射，特別對于非電興奮細胞的信號來說，細胞代謝離子并不能大規模形成集中的電位發放。因此微生理計的實用新型就是用來檢測細胞的各種離子的長時間代謝，而并非動作電位中短暫的大量離子運動。光尋址電位電極(LAPS)是利用硅型器件的光電效應，在光照下，通過脈沖激光激勵在硅中產生電子-空穴對形成光生電流。當LAPS表面離子濃度變化時候，整個電子-空穴對中的電場發生變化從而使得光生電流也變化。這種方法能較快地表征電極表面的離子濃度。由于溶液中離子成分復雜，因此在檢測時候，要對LAPS表面進行離子選擇性膜處理，以對目標離子進行選擇。

將上述三部分功能集成于同一芯片能更全面地對細胞胞外生理參數進行檢測。而現有的方法在以下方面有不足：

1)在加工上，多位點電極陣列和阻抗電極具有一定的相似性，但是和LAPS之間的區別較大，器件的結構不同，各層的加工厚度區別較大。現有的方法中三部分加工方法不能達到兼容，并且LAPS背面未被減薄，信噪比不高；

2)在采用LAPS檢測胞外Na⁺，K⁺等代謝時，LAPS表面需要涂布相對應的離子選擇性膜，在和多位點電極陣列、阻抗電極長期共同工作時，由于細胞培養需要長時間在培養液中浸泡，細胞培養液容易受到污染，離子選擇性膜容易受到腐蝕，會導致檢測的不穩定；

3)在通常的集成芯片設計中，由于芯片面積布局及芯片的面積限制，使得各部分的電極通道數目有限，因此提供的信息量也不夠充分。

因此在保證細胞全方位的生理活動能同時檢測，這三部分功能芯片之間的兼容加工、檢測等成為了細胞多參數檢測中的關鍵性問題。

實用新型內容

本實用新型所要解決的一個技術問題是提供一種可提高檢測電極信噪比的集成硅芯片。

本實用新型所要解決的另一個技術問題是提供一種穩定、可靠的檢測細胞生理參數的光電復合一體式傳感器。

本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是：在集成硅芯片的中央布置有參考電極，所述參考電極的兩端各布置有一組多位點電極陣列，在參考電極的中部的兩側各布置有一對阻抗電極，在參考電極的兩個端部的兩側各布置有一個第一光尋址電位電極，所述第一光尋址電位電極的背面設有凹槽。

進一步地，本實用新型所述參考電極的端部設有屏蔽框，所述多位點電極陣列的位點位于屏蔽框內。