[發明專利]一種用于3D心肌細胞胞外電位檢測的高通量微腔電位傳感器及檢測方法

在審

• 申請號: 202110244911.9
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113030215A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王平;魏鑫偉;邱勇;陳暢明;蔣得明;吳建國;莊柳靜;萬浩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/416
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種用于3D心肌細胞胞外電位檢測的高通量微腔電位傳感器，其特征在于包括微腔電極芯片、封裝在微腔電極芯片上的培養腔和PCB轉接板；所述的微腔電極芯片包括硅基底、電極、金屬接觸盤和絕緣層；所述的硅基底上設有若干微腔結構；每個微腔結構的壁面上均布置有所述電極，所述的電極通過導線連接布置在微腔電極芯片邊緣的金屬接觸盤；所述的絕緣層覆蓋基底上方除電極和金屬接觸盤的區域；所述芯片上的金屬接觸盤與PCB轉接板上的金屬焊盤電氣連接。

2.根據權利要求1所述的高通量微腔電位傳感器，其特征在于，所述的微腔電極芯片的微腔結構頂面為方形，剖面為倒梯形；所述微腔電極芯片上設有若干不同尺寸的微腔結構以適應不同尺寸大小的3D心肌細胞微球；每個微腔結構的四個壁面上均設置有一個所述電極，每個電極通過獨立的導線連接一個獨立的金屬接觸盤；所述的電極為Au電極。

3.根據權利要求1所述的高通量微腔電位傳感器，其特征在于，所述的培養腔為空心圓柱形微腔，其材質為PMMA。

4.根據權利要求2所述的微腔電極芯片，其特征在于，所述微腔結構的尺寸范圍為300800μm。

5.根據權利要求4所述的高通量微腔電位傳感器，其特征在于，所述的微腔結構包括尺寸分別為300μm、500μm、800μm的三種微腔結構，微腔深度為100μm，坡度為57.3°。

6.根據權利要求5所述的高通量微腔電位傳感器，其特征在于，所述300μm，500μm，800μm三種微腔結構的微腔壁上的電極分別為100μm×50μm，150μm×50μm和200μm×50μm的長方形。

7.一種權利要求1所述高通量微腔電位傳感器的制作方法，其特征在于包括如下步驟：

1)清洗硅基底；

2)采用熱氧化工藝在步驟1)的基底上形成SiO₂薄膜；

3)在經過步驟2)處理后的基底上涂抹正性光刻膠，根據SiO₂蝕刻工藝，利用HF緩沖溶液將掩膜版上的空腔結構轉移到SiO₂薄膜上；

4)采用濕法蝕刻技術，在步驟3)所獲的基底上刻蝕形成倒梯形微腔結構；

5)將步驟4)所得的基底重新進行熱氧化形成SiO₂層；

6)在步驟5)所得的基底上再次涂抹光刻膠并顯影，將電極和導線形狀轉移到SiO₂掩膜上；

7)利用磁控濺射技術，在步驟6)所獲的基底上濺射一層Ti或者Cr，作為粘附層，再濺射Au；

8)采用Lift-off剝離工藝，在步驟7)所得的基底上形成金屬層；

9)利用PECVD技術在步驟8)所獲的基底上沉積500-700nm的Si3N4作為絕緣層；

10)在步驟9)所得的基底上再次涂抹光刻膠，將掩膜版上的絕緣層圖案轉移到基底上，只暴露出需要保留的電極和金屬接觸盤位置圖案；

11)采用反應離子刻蝕技術，刻蝕步驟10)所得基底的電極和引線部位的Si3N4，暴露出電極和金屬接觸盤；

12)清洗步驟11)所得的基底，并進行劃片得到微腔電極芯片；

13)將劃片后的微腔電極芯片用UV膠粘附于PCB轉接板上，并利用金線將芯片上的金屬接觸盤與PCB轉接板上的金屬焊盤電氣連接；

14)將內部為空心的圓柱培養腔使用環氧樹脂膠封裝在芯片上，最終得到用于檢測3D心肌細胞胞外電位的高通量微腔電位傳感器。