[發明專利]用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片及制備方法

有效

• 申請號: 201110304586.7
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN103031246A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 周帥;蔡新霞;宋軼琳;劉春秀;林楠森
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;G01N27/333
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及生物傳感器的微加工技術及納米修飾領域，是一種用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片及制備方法。

背景技術

傳統檢測神經細胞電生理信號的方法基本為膜片鉗、電壓鉗等，通常僅能獲得少量幾個通道的數據，而且電極定位困難、操作繁瑣，同時對細胞會造成不同程度的損傷，并導致細胞在很短時間內死亡，很大程度上限制了對細胞電生理和電化學方面的檢測；胞外信號檢測方法由于可以實現無損，長時間的測量，隨著微機電系統(MEMS)加工技術的發展，胞外微電極陣列(microelectrode，MEA)提供了一種長期無損監測細胞電生理活動的方法，通過高通量通道，將幾十甚至上百個細胞的電活性數據傳輸出來，并且可以定位到單個細胞，實現實時檢測外界電刺激和藥物作用下的膜電位的改變。國內外出現了一些采用各種材料和工藝制備而成的微電極陣列芯片，可實現群體神經細胞電生理活動的同步檢測，然而之前使用的微電極陣列沒有集成電化學檢測神經遞質的功能，其原因主要是裸電極無法檢測到生物組織內神經遞質的濃度，再者目前還沒有在微電極表面修飾酶的可靠方法，因此更無法專一的檢測某種神經遞質的方法。目前檢測神經遞質多采用大電極或是體外微透析的方法，檢測實時性差，且靈敏度不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片及制備方法，以克服現有技術的不足，應用MEMS技術制作微電極芯片，并在電極上定點修飾膜敏感材料，納米材料具有很好的生物相容性，能夠在電極上培養神經細胞。該陣列芯片功能集成化，能夠同時實時的檢測神經細胞的電生理信號和多巴胺、乙酰膽堿、谷氨酸神經遞質的電化學信號，并兼有對細胞施加電刺激的功能。在微電極陣列表面進行神經細胞培養，即可開展對神經細胞多參數檢測的相關研究。

為實現上述目的，本發明采用了如下的技術解決方案：

一種用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其包括絕緣基底1、微電極陣列2、對電極3、參比電極4、引線5、觸點6及敏感膜材料7；絕緣基底1是整個芯片的載體，微電極陣列2在絕緣基底1表面的中心位置，微電極陣列2中分布了多個以矩陣形式排布的、由導電薄膜材料制成的圓形微電極；微電極陣列2表面修飾有分別用于檢測電生理信號和電化學信號的敏感膜材料7；微電極陣列2外周圓設有對電極3，及參比電極4，對電極3、參比電極4均呈多邊形，對稱分布；圓形微電極、對電極3及參比電極4均通過多個導電薄膜引線5延伸至基底1四周邊緣，基底1四周邊緣內側有多個方形觸點6，呈內外兩層設置，每一引線5外端與一方形觸點6電連接，以方便與外部電路連接；所有引線5表面覆蓋有絕緣層。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述絕緣基底1，以硬質透明絕緣材料制作，基底1邊長25mm～80mm，厚度1mm～2mm。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述硬質透明絕緣材料，是石英玻璃、聚氯乙烯或聚碳酸酯其中之一。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述微電極陣列2，所用的導電薄膜材料為生物相容性好的金屬或金屬化合物；微電極陣列2包含9～64個微電極，其中用于神經電生理信號檢測的微電極直徑10μm～30μm，用于神經遞質電化學信號檢測以及施加電刺激的微電極直徑30μm～50μm，微電極間距50μm～400μm；

引線5及觸點6的導電薄膜材料與微電極相同，厚度為200～300nm，保證其機械強度能夠承受標準電子元器件中彈性金屬探針所造成的壓力。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述對電極3為Pt薄膜對電極，參比電極4為Ag/AgCl復合薄膜參比電極；對電極3、參比電極4的數量為1～8個，用于提供參考電位并保持電位穩定；

當對電極3、參比電極4的數量為4或8個時，1或2對電極3、1或2參比電極4組成一組，共四組，位于對角線上，對稱分布。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述敏感膜材料7是能夠提高對多巴胺檢測選擇性的納米復合材料，或特異性檢測乙酰膽堿或谷氨酸神經遞質的酶復合材料。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述敏感膜材料7是納米鉑黑，氧化銥，碳納米管/nafion復合薄膜，石墨烯納米片/nafion復合薄膜，電子媒介體和酶復合材料其中之一，或它們的有機組合。

所述的用于神經細胞多參數檢測的微電極陣列芯片，其所述酶復合材料中的酶，是谷氨酸氧化酶，乙酰膽堿脂酶，膽堿氧化酶其中之一。