[發明專利]一種微納陣列傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310413718.9
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103630571A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 劉春秀;蔡新霞;宋軼琳;蔣庭君;徐聲偉;石文韜;林楠森;王蜜霞;蔚文婧
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N27/26;G01N27/327;B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及生物傳感器、電分析化學微納制備技術領域，特別是一種可以原位檢測單細胞電生理和多種電化學神經遞質信號的微納陣列傳感器及其制備方法。

背景技術

神經細胞之間的信息傳遞是通過神經元內部的化學神經遞質和動作電位進行的。神經細胞中神經遞質的釋放，調節生命活動的正常進行。對神經細胞量子化神經遞質釋放進行實時記錄是了解神經信號傳導、作用機制的重要直接方式。細胞釋放不正常將導致生物功能紊亂及各種疾病的產生，如老年癡呆、心血管及癌癥等。因此神經遞質量子釋放在細胞和分子神經學、臨床、病理及藥理學等學科領域都具有十分重要的意義。監測細胞量子釋放必須具備超高靈敏度、高選擇性、高時間分辨、高空問分辨、超小體積的分析技術。對分析化學、微納制備技術等提出了極大的挑戰，也帶來了機遇。因此，要開展單細胞水平的研究，分析方法須具有能處理極小體積、同時測定多種化合物，并能給出良好的定性定量的特點。

由于細胞的超微體積以及胞內單個囊泡量子釋放發生的時間是毫秒級的，因此需要一種快速靈敏檢測的手段才能對胞內釋放情況進行實時監測。以往的研究均采用直徑在微米量級的碳纖維電極或基于碳纖維的修飾電極，每次只能檢測一個位點。碳纖維電極或基于碳纖維的修飾電極(CFE)由實驗室人員自己制作，方法復雜，不易操作，電極質量也難以保證。CFE測量的只是直接與CFE電極尖端相接觸或距離小于5μm范圍內的那些小泡分泌，對于發生在細胞另一側或距離大于5μm的小泡分泌事件CFE不能反應，不能同時檢測多個細胞或多個位點。只能對細胞內單個囊泡進行分析研究。由于神經細胞直徑約5～20μm，儲存神經遞質的囊泡直徑在50～300nm之間，成千上萬的囊泡在細胞內不均勻分布，而釋放又是量子化的，細胞受激釋放在其不同空間位點呈現不同的特性，傳統的微米電極和碳纖維的修飾電極并不能檢測到細胞釋放的空間差異，對于尺寸更小突觸間隙(＜100nm)的探測更是無能為力。超微米電極和納米電極具有小的尺寸，使之能對更微小的生物微環境進行分析，如監測神經細胞突觸間隙內的神經遞質以及對細胞內單個囊泡的釋放進行研究。隨著微機電系統(MEMS)加工技術的發展，微電極陣列(microelectrode，MEA)提供了一種長期、多位點監測細胞的方法，常規的MEA電極直徑在10～50μm，遠大于囊泡和突觸的量子釋放尺寸，雖然可以定位到單個細胞，但是對于定位于檢測突觸囊泡的量子釋放，在空間和時間分辨率上還是不足，不能區分單個電極上細胞不同位點釋放的空間差異，難以測到實時的量子釋放信號。因此需要研制尺寸更小的電極，以實現單細胞釋放時空分辨監測以及深入到細胞突觸間隙進行研究，在更深層次上探討細胞釋放機制。

發明內容

針對原位單細胞及釋放微量物質的實時檢測，為解決現有技術中存在的上述問題，即只能檢測單個細胞或囊泡，一次只能檢測一種神經遞質、電極尺寸過大，難以在突觸尺寸內進行檢測，本發明提出了一種體積小、記錄點多、對神經細胞無損傷、可以在二維尺度上同時檢測多個記錄點(同時檢測多個細胞、多種神經遞質)的微納圓環電極陣列傳感器。

本發明提出的一種用于同時檢測多個神經細胞的神經遞質的微納圓環陣列傳感器，其包括：

微納圓環電極陣列，其為微納圓環電極組成的陣列；

定點納米修飾層，其位于微納環形電極的內表面，用于增加電極性能；

特異選擇反應修飾層，其通過在定點納米修飾層的表面固定不同的特異性材料形成，用于對應檢測不同細胞的不同神經遞質；

選擇性細胞吸附層，其形成在特異選擇反應修飾層表面，用于細胞的選擇性吸附。

其中，微納圓環電極陣列是采用微機電系統技術制備的薄膜圓環電極，且微納電極圓環電極的高度為20～500nm，周長為20～500μm.

其中，所述微納圓環電極陣列采用多次光刻工藝制備。

其中，定點納米修飾層采用金屬或其它導電物質進行定點修飾。

其中，定點納米修飾層采用電鍍、電聚合、共聚合或微涂敷方式進行定點修飾。

其中，選擇性細胞吸附層通過光刻工藝制備，通過在非電極位點上修飾憎水性硅烷材料、在微納圓環電極的電極位點修飾親水性氨基酸和多糖制成。

其中，其用于檢測神經單細胞的電生理信號和電化學信號。

其中，其同時檢測單個細胞的多種神經遞質信號。

本發明還公開了一種用于同時檢測多個神經細胞的神經遞質的微納圓環陣列傳感器的制備方法，其包括：

步驟1、在絕緣基材上一次涂覆光刻膠，并采用光刻工藝在光刻膠上形成所需引線、觸點和電極陣列圖形；