[發明專利]細胞阻抗分析的芯片及儀器

無效

• 申請號: 201310061079.4
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103630579A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 趙湛;譚靜;方震
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明屬于微型傳感器芯片技術領域，尤其涉及一種可以進行生物細胞阻抗檢測與分析的細胞阻抗分析芯片及儀器。

背景技術

隨著社會對環境、健康等的關注，人們對生物醫學檢測的要求越來越高。細胞水平的研究，可以獲得反映生物生理狀態和過程的更準確、更全面的信息，還可以使人們能更好地了解細胞群體中某些特殊的細胞功能，更深入地認識細胞個體差異、細胞間相互作用和信息傳遞以及神經遞質、藥物或毒物刺激的生理影響等更深層次的信息。細胞水平的分析具有重大而深遠的意義。

由于受技術限制，生物的常規分析方法一般以大量細胞為研究對象，用平均結果反映細胞的生理信息。由于生物組織中各種化學成分分布及細胞本身的高度不均勻性，大量細胞分析常常得出不準確甚至錯誤的結論。因此直接分析細胞及亞細胞水平的特性十分重要。根據不同生理狀態下細胞表現出不同的阻抗特性，利用MEMS工藝制作出微型多電極阻抗分析芯片，多電極采集數據，豐富了采樣信息，提高了分析精度與分辨率。

參考文獻1(中國專利，專利申請號：98813315)提出了一種細胞阻抗分析芯片。圖1A為現有技術細胞阻抗分析芯片的示意圖。圖1B為圖1A所示細胞阻抗分析芯片中央阻抗分析區域的放大圖。請參照圖1A和圖1B，該細胞阻抗分析芯片包括絕緣基底、參考電極、與參考電極相連的導電布線、設置在絕緣基底上的測量微電極陣列、用于所述測量微電極布線的導電圖形、連接到所述導電圖形的端部的電觸點、覆蓋所述導電圖形表面和參考電極布線的絕緣膜、和包圍包含所述絕緣膜的表面上的測量微電極的區域的壁，該細胞電位測量電極在由所述壁包圍的區域內培養細胞或細胞組織時用于測量電生理學活性，其中阻抗比所述測量微電極小的參考電極被分別布置在由所述壁包圍的區域中的多個位置上，并位于所述測量微電極陣列之外，在所述測量區域互相絕緣，用于參考電極的電觸點連接到與參考電極相連的導電圖形的端部，并且其中各測量微電極之間、各參考電極之間、以及測量微電極和參考電極之間都相互絕緣。

在實現本發明的過程中，發明人發現上述的細胞阻抗分析芯片存在如下技術缺陷：(1)它是一種平面陣列排布的電極結構，只適合對具有較大尺寸的神經細胞的分析；(2)它不能夠對細胞的阻抗分布進行掃描成像，對細胞內的生命活動進行動態測量分析。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種細胞阻抗分析的芯片及儀器。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種細胞阻抗分析芯片，該細胞阻抗分析芯片包括：絕緣基片，其中央位置定義為阻抗分析區域；微型金屬電極陣列，形成于絕緣基片上，包括彼此絕緣的N個微型金屬電極，該N個微型金屬電極呈輻射狀均勻分布在阻抗分析區域的圓周上，每一微型金屬電極內側的敏感部伸入阻抗分析區域內，其中N≥4；絕緣保護層，覆蓋于除阻抗分析區域及微型金屬電極上內側敏感部和外側引線部之外的其他區域；以及測量阱，形成于阻抗分析區域的四周絕緣保護層上，在該阻抗分析區域的上方形成容置待分析樣品的容置區，該容置區的內半徑等于或略大于阻抗分析區域半徑。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種包括上述細胞阻抗分析芯片的細胞阻抗分析儀器。該儀器還包括：驅動電流模塊、測量電壓模塊及阻抗圖像重構模塊；其中，驅動電流模塊具有兩電極，該兩電極按照預設的電流驅動模塊連接至N個微型金屬電極中的兩個微型金屬電極上，用于向測量阱內的樣品輸入驅動電流；測量電壓模塊具有兩電極，該兩電極按照預設的電壓測量模式連接至除上述兩個微型金屬電極之外的另兩個微型金屬電極上，用于測量測量阱內的樣品在上述驅動電流的激勵下，在該兩個微型金屬電極所產生的電壓；阻抗圖像重構模塊，用于根據由多個電流驅動模式與電壓測量模式的組合而獲得的微型金屬電極的電壓，對阻抗分析區域內的樣品進行阻抗圖像重構。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明細胞阻抗分析芯片及儀器具有以下有益效果：

(1)采用環形分布的微電極，布置在略大于細胞尺寸的測量阱周邊，可以對單細胞進行阻抗測量分析。具體來講：根據細胞的不同生理狀態具有不同的電阻抗特性這一物理現象，通過對樣品施加一個安全恒定的電壓或電流，通過測量電極測量樣品表面的電流或電壓，得到內部的電阻抗分布。可以對小尺寸的單細胞進行阻抗測量分析，特別是球形或類似形狀的細胞，且電極是布置在細胞的周圍，對細胞分析測試干擾較小；