[發(fā)明專利]一種集成式可注入型生物光電極微探針的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811333822.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN109545884B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張佰君;溫耀輝;戴雅瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/12
• 分類號(hào): H01L31/12;G01N27/30;H01L33/48;H01L33/52;H01L33/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛(wèi)

本發(fā)明涉及生命科學(xué)半導(dǎo)體芯片制造的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種集成式可注入型生物光電極微探針及其制備方法。包括半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片光電極以及微電極；透明襯底的正面由半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片光電極集成，在其背面制備微電極；其中正面光電極的集成包括單個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件、透明襯底、p極金屬、n極金屬、線路和焊盤金屬、用于倒裝焊的金屬焊料以及絕緣層；背面的微電極包含了信號(hào)記錄材料、線路和焊盤金屬以及絕緣層；器件正反面工藝制備完成后在半導(dǎo)體發(fā)光器件光電極處進(jìn)行封裝。本發(fā)明制備工藝較為簡單、能同時(shí)實(shí)現(xiàn)腦區(qū)單區(qū)域或多區(qū)域測量、高功率密度的任意波長光輸出、尺寸小、時(shí)空分辨率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生命科學(xué)半導(dǎo)體芯片制造的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片與生物信號(hào)記錄微電極于一體的集成式可注入型生物光電極微探針的制備方法。

背景技術(shù)

早在20世紀(jì)40年代，由于膜片夾技術(shù)的出現(xiàn)，有關(guān)細(xì)胞功能活動(dòng)、神經(jīng)元在神經(jīng)元回路中的作用等電生理學(xué)研究已經(jīng)開始興起。該技術(shù)可以通過施加電刺激，利用鎢金屬制備而成的電極收集細(xì)胞電位變化信號(hào)進(jìn)行分析細(xì)胞的生理活動(dòng)。雖然此技術(shù)能夠解析某些細(xì)胞的生理活動(dòng)，但是電刺激帶來的刺激強(qiáng)度大、時(shí)空精確性差等問題局限了該技術(shù)在細(xì)胞靶向定位研究上的應(yīng)用。

光遺傳學(xué)是一種新興的神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，其可通過特定波長的光來控制細(xì)胞電位變化。該技術(shù)通過將基因和光學(xué)方法結(jié)合在一起來使特定的細(xì)胞興奮或抑制。最早于1987年就出現(xiàn)了光遺傳學(xué)技術(shù)雛形。在2003年，光敏感蛋白首次被發(fā)現(xiàn)，從而使用特定波長的光照控制特定細(xì)胞使得光遺傳學(xué)技術(shù)逐漸變得成熟。

要實(shí)現(xiàn)光遺傳技術(shù)，光電極將成為不可或缺的工具。目前常用光敏感蛋白分別有光敏感通道蛋白(ChR2)與嗜鹽菌紫質(zhì)(NpHR)兩種，其對(duì)光信號(hào)響應(yīng)的峰值分別為460nm和580nm；由于藍(lán)光LED芯片技術(shù)較為成熟，目前該領(lǐng)域光電極發(fā)光波段主要集中在藍(lán)光即ChR2光敏感蛋白的激發(fā)上，藍(lán)光光源的光電極已有較多報(bào)道；而有關(guān)580nm波長范圍的光電極研究較少。

由于黃光LED芯片技術(shù)并不成熟，因此想通過在黃光LED外延片基礎(chǔ)上外延制備黃光光電極在技術(shù)上有較大難度，且發(fā)光效率會(huì)受后續(xù)工藝制作影響而難以滿足嗜鹽菌紫質(zhì)(NpHR)光敏感蛋白的光刺激閾值。此外對(duì)采用在藍(lán)光光電極基礎(chǔ)上使用熒光粉或量子點(diǎn)等波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)等方法，則存在諸如器件尺寸大影響生物植入、成本高、工藝復(fù)雜、轉(zhuǎn)換效率低、輸出波長頻譜寬等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種集成式可注入型生物光電極微探針的制備方法，該器件集成陣列具有小尺寸、高時(shí)空分辨率、高光功率密度、能實(shí)現(xiàn)任意波長的光刺激和生物信號(hào)的檢測與采集等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種集成式可注入型生物光電極微探針，包括充當(dāng)光源的可用于刺激光敏感蛋白的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片光電極以及用于收集神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)光信號(hào)刺激后產(chǎn)生的電位變化的微電極；透明襯底的正面由半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片光電極集成，在襯底背面制備微電極；其中正面光電極的集成包括單個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件、透明襯底、p極金屬、n極金屬、線路和焊盤金屬、用于倒裝焊的金屬焊料以及絕緣層；背面制作工藝采用背面雙對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，背面的微電極包含了信號(hào)記錄材料、線路和焊盤金屬以及絕緣層；器件正反面工藝制備完成后在半導(dǎo)體發(fā)光器件光電極處進(jìn)行封裝。

作為優(yōu)選的，所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片采用紅光、藍(lán)光、綠光和黃光LED或激光器等半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片。可采用紅光、藍(lán)光、綠光和黃光LED或激光器等任意類型半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片，光功率密度需滿足特定的要求。集成的半導(dǎo)體發(fā)光器件數(shù)目可根據(jù)生物記錄的不同需求增減形成陣列，可以實(shí)現(xiàn)腦區(qū)不同位置神經(jīng)細(xì)胞的同時(shí)刺激與相應(yīng)生物信號(hào)記錄也可實(shí)現(xiàn)同一腦區(qū)單個(gè)/多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的刺激與生物信號(hào)記錄。