专利名称：用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片及制备方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器的微加工技术及纳米修饰领域，是ー种用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片及制备方法。
背景技术：
传统检测神经细胞电生理信号的方法基本为膜片钳、电压钳等，通常仅能获得少量几个通道的数据，而且电极定位困难、操作繁琐，同时对细胞会造成不同程度的损伤，并导致细胞在很短时间内死亡，很大程度上限制了对细胞电生理和电化学方面的检测；胞外信号检测方法由于可以实现无损，长时间的测量，随着微机电系统(MEMS)加工技术的发展，胞外微电极阵列(miCToelectrode，MEA)提供了ー种长期无损监测细胞电生理活动的方法，通过高通量通道，将几十甚至上百个细胞的电活性数据传输出来，并且可以定位到单个细胞，实现实时检测外界电刺激和药物作用下的膜电位的改变。国内外出现了ー些采用各种材料和エ艺制备而成的微电极阵列芯片，可实现群体神经细胞电生理活动的同步检测，然而之前使用的微电极阵列没有集成电化学检测神经递质的功能，其原因主要是裸电极无法检测到生物组织内神经递质的浓度，再者目前还没有在微电极表面修饰酶的可靠方法，因此更无法专ー的检测某种神经递质的方法。目前检测神经递质多采用大电极或是体外微透析的方法，检测实时性差，且灵敏度不高。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片及制备方法，以克服现有技术的不足，应用MEMS技术制作微电极芯片，并在电极上定点修饰膜敏感材料，纳米材料具有很好的生物相容性，能够在电极上培养神经细胞。该阵列芯片功能集成化，能够同时实时的检测神经细胞的电生理信号和多巴胺、こ酰胆碱、谷氨酸神经递质的电化学信号，并兼有对细胞施加电刺激的功能。在微电极阵列表面进行神经细胞培养，即可开展对神经细胞多參数检测的相关研究。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案一种用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其包括绝缘基底1、微电极阵列2、对电极3、參比电极4、引线5、触点6及敏感膜材料7 ;绝缘基底I是整个芯片的载体，微电极阵列2在绝缘基底I表面的中心位置，微电极阵列2中分布了多个以矩阵形式排布的、由导电薄膜材料制成的圆形微电极；微电极阵列2表面修饰有分别用于检测电生理信号和电化学信号的敏感膜材料7 ;微电极阵列2外周圆设有对电极3，及參比电极4，对电极3、參比电极4均呈多边形，对称分布；圆形微电极、对电极3及參比电极4均通过多个导电薄膜引线5延伸至基底I四周边缘，基底I四周边缘内侧有多个方形触点6，呈内外两层设置，每ー引线5外端与一方形触点6电连接，以方便与外部电路连接；所有引线5表面覆盖有绝缘层。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述绝缘基底1，以硬质透明绝缘材料制作，基底I边长25mm 80mm,厚度Imm 2mm。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述硬质透明绝缘材料，是石英玻璃、聚氯こ烯或聚碳酸酯其中之一。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述微电极阵列2，所用的导电薄膜材料为生物相容性好的金属或金属化合物；微电极阵列2包含9 64个微电扱，其中用于神经电生理信号检测的微电极直径10 y m 30 y m，用于神经递质电化学信号检测以及施加电刺激的微电极直径30 ii m 50 ii m,微电极间距50 y m 400 V- m ；引线5及触点6的导电薄膜材料与微电极相同，厚度为200 300nm，保证其机械強度能够承受标准电子元器件中弾性金属探针所造成的压力。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述对电极3为Pt薄膜对电极，參比电极4为Ag/AgCl复合薄膜參比电极；对电极3、參比电极4的数量为I 8个，用于提供參考电位并保持电位稳定；当对电极3、參比电极4的数量为4或8个时 ，I或2对电极3、1或2參比电极4组成ー组，共四组，位于对角线上，对称分布。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述敏感膜材料7是能够提高对多巴胺检测选择性的纳米复合材料，或特异性检测こ酰胆碱或谷氨酸神经递质的酶复合材料。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述敏感膜材料7是纳米钼黑，氧化铱，碳纳米管/nafion复合薄膜,石墨烯纳米片/nafion复合薄膜，电子媒介体和酶复合材料其中之一，或它们的有机组合。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述酶复合材料中的酶，是谷氨酸氧化酶，こ酰胆碱脂酶，胆碱氧化酶其中之一。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述微电极阵列2选用的导电薄膜材料，是金、钼、氮化钛或铟锡氧化物其中之一。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述引线5表面覆盖的绝缘层材料，为有机或无机绝缘材料。所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其所述有机或无机绝缘材料，是ニ氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺或聚对ニ甲苯其中之一。一种所述的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片的制备方法，其包括如下步骤a)在经过表面清洗的绝缘基底I上旋涂ー层光刻胶，厚度大于拟溅射导电薄膜层的三倍，光刻显影后形成微电极阵列2、对电极3、參比电极4、引线5及触点6的图案；b)在光刻胶图案表面派射一层厚度250nm 500nm的微电极导电薄膜层；c)采用剥离エ艺去除多余导电薄膜层，留下所需电极、引线5及触点6 ;d)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD) ニ氧化硅、氮化硅、氮氧硅，或旋涂SU8、聚酰亚胺、聚对ニ甲苯的方法，在制备好导电薄膜层的基底I表面覆盖绝缘层，通过光亥IJ和等离子刻蚀的方法，暴露出微电极阵列2、对电极3、參比电极4及触点6，保留所有引线表面覆盖的绝缘层；e)在对电极3的表面，采用光刻、溅射、剥离的エ艺，制备厚度250nm 500nm的Pt金属薄膜层；f)在參比电极4的表面，采用光亥IJ、溅射、剥离的エ艺，制备厚度500nm 800nm的Ag金属薄膜层，并通过化学或电化学方法进行氯化，或在參比电极4的表面丝印涂覆Ag/AgCl浆料并烘干，最終形成Ag/AgCl复合薄膜參比电扱。所述的制备方法，其所述步骤b)之前,预先派射IOnm 50nm的Cr或Ti种子层，以增加导电薄膜层与基底I的粘附性。所述的制备方法，其所述步骤b)中，派射一层厚度250nm 500nm的微电极导电薄膜层时，若微电极导电薄膜选用Pt材料，则可省略步骤e)。所述的制备方法,其还包括微电极阵列2表面定点修饰碳纳米材料/nafion/纳米钼黑复合薄膜的方法，包括如下步骤a)将nafion加入到无水こ醇中，使nafion的质量体积百分数为0. 05% 5%,将碳纳米材料加入到nafion和无水こ醇混合物中，使碳纳米材料的质量体积百分数为0. 05% 10%,然后超声30 60min形成黑色均一的碳纳米材料/nafion混合液,其中碳纳米材料可以是碳纳 米管或石墨烯纳米片；b)将微电极分别用丙酮、こ醇和去离子水清洗，然后等离子刻蚀两分钟；

c)将含有碳纳米材料和nafion的こ醇混合溶液手工滴加在电极阵列2上，自然干燥；d)将光刻胶旋涂在芯片表面，热板100°C烘5min，光刻显影将电极部分的碳纳米材料和nafion的混合物薄膜保护起来,其他部分显影掉；e)等离子刻蚀Imin 3min,将电极之外的碳纳米材料和nafion混合物去掉,然后将光刻胶用丙酮去除；f)将电极置于20mmol/L的氯钼酸(H2PtCl6)和2mol/L的盐酸(HCl)混合液中，电镀纳米钼黑。本发明的神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，将多通道神经电生理检测、ネ申经电刺激、神经递质检测的功能集成一体，实现高通量同步检测，使用方便，电路接ロ简单可靠。突破了以往技术只能对两种神经信息模式分开检测、实时性差的局限，为研究二者相互调制的关系提供了更加便捷有效的工具，为深入研究神经信息编码、传递的内在机制，以及一些神经精神性疾病的发病机理提供了新的视角。


图1为本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片结构图；图2为微电极阵列分布的局部放大示意图；图3a_图3e为本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片制备方法的エ艺过程图；其中图3a为电极引线及触点的图案；图3b为接着#i射250nm的Pt薄膜层；图3c为采用剥离エ艺去除多余的Ti/Pt薄膜层，留下所需电极、引线及触点；图3d为在制备好Pt薄膜层的基底表面，PECVD氮化硅(Si3N4)绝缘层，厚度800nm。通过光刻和SF6等离子刻蚀的方法，暴露出微电极、对电极、參比电极及触点，保留所有引线表面覆盖的氮化硅绝缘层；图3e为在參比电极的表面，丝印涂覆厚度200 ii m的Ag/AgCl浆料，并在100°C的烘箱中烘干3小时，最终形成Ag/AgCl复合薄膜參比电极；图4a-图4e为本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片定点修饰碳纳米材料/nafion/纳米钼黑复合薄膜的过程图；其中图4a为涂覆碳纳米材料/nafion复合材料层；图4b为旋涂AZ4620光刻胶作为保护层；图4c为刻蚀掉多余复合材料，留下电极表面受保护的复合材料和保护层；图4d为去除保护层后，留下的复合材料；图4e为在复合材料上继续修饰纳米钼黑；图5为定点修饰碳纳米材料/nafion/纳米钼黑复合薄膜的流程图。附图标号说明I为绝缘基底2为微电极阵列3为 对电极4为參比电极5为引线6为触点7为可功能复用的微电极，可用于电生理检测也可用于神经递质检测或施加电刺激。
具体实施例方式本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，由绝缘基底、微电极阵列、对电极、參比电极、电极引线以及触点构成。所述绝缘基底是整个芯片的载体，在绝缘基底表面的中心位置，分布了若干个以矩阵形式排布的、由导电薄膜材料制成的圆形微电极，构成微电极阵列。其中，部分微电极用于检测神经电生理信号，部分微电极用于检测不同神经递质的浓度或对神经细胞施加电刺激。微电极阵列周边配有四个尺寸较大的Pt薄膜对电扱，以及四个Ag/AgCl复合薄膜參比电扱。所有圆形微电极均通过导电薄膜引线延伸至基底边缘，末端形成方形触点，方便与外部电路连接，所有引线表面均覆盖有绝缘层。绝缘基底选用硬质透明绝缘材料，可以是石英玻璃、聚氯こ烯、聚碳酸酷，这些材料具有化学、机械性能稳定的特点，能够耐受微加工过程中温度、压力、化学试剂的影响。选用透明材料有利于在显微镜下对被测离体神经细胞进行观察。绝缘基底边长25mm 80mm，厚度I臟 2mm o微电极阵列选用的导电薄膜材料为生物相容性好的金属或金属化合物，可以是金、钼、氮化钛、铟锡氧化物，为了提高信噪比以及提高对不同神经递质检测的选择性，微电极表面根据需要定点修饰纳米材料或敏感膜材料。微电极阵列包含9 64个微电极,其中用于神经电生理信号检测的微电极直径10 ii m 30 ii m,用于神经递质电化学信号检测以及施加电刺激的微电极直径30 y m 50 u m, 50 u m ~ 200 y m。对电极及參比电极的尺寸比微电极至少大ー个数量级，在电生理信号检测或施加电刺激的过程中，參比电极用于提供參考电位；在神经递质电化学信号的检测过程中，对电极用于提供一个电流回路，并与參比电极一起，构成电化学检测的三电极体系。
圆形微电极引线及触点的导电薄膜材料与微电极相同，厚度大于300nm，保证其机械强度能够承受标准电子元器件中弾性金属探针所造成的压力。当金属探针轻压在触点上吋，即可实现芯片与外部电路的连接。该电路接ロ避免了常规MEMS器件封装时金丝压焊的エ序，接ロ简单，连接可靠，可重复使用。圆形微电极引线表面覆盖的绝缘层材料为生物相容性好的有机或无机绝缘材料，可以是ニ氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺、聚对ニ甲苯。本发明的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，其制备方法包括如下步骤1.在经过表面清洗的绝缘基底上旋涂ー层光刻胶，厚度大于拟溅射导电薄膜层的三倍，光刻显影后形成所有微电极阵列、对电极、參比电极、电极引线及触点的图案；2.在光刻胶图案表面派射一层厚度250nm 500nm的微电极导电薄膜层,必要时预先溅射10nm 50nm的Cr或Ti种子层，以增加导电薄膜层与基底的粘附性；3.采用剥离エ艺去除多余导电薄膜层，留下所需电极、引线及触点；4.通过PECVD ニ氧化硅、氮化硅、氮氧硅，或旋涂SU8、聚酰亚胺、聚对ニ甲苯的方法，在制备好导电薄膜层的基底表面覆盖绝缘层，通过光刻和等离子刻蚀的方法，暴露出微电极、对电极、參比电极及触点，保留所有引线表面覆盖的绝缘层；5.在所述对电极的表面，采用光刻、溅射、剥离的エ艺，制备厚度250nm 500nm的Pt金属薄膜层，若步骤2中的微电极导电薄膜已选用Pt，则可省略本步骤；6.在所述參比电极的表面，采用光亥IJ、溅射、剥离的エ艺，制备厚度500nm 800nm的Ag金属薄膜层，并通过化学或电化学方法进行氯化，或在參比电极的表面丝印涂覆Ag/AgCl浆料并烘干，最終形成Ag/AgCl复合薄膜參比电扱。本发明的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片，定点修饰碳纳米材料/nafion/纳米钼黑复合薄膜的方法,包括如下步骤1将nafion加入到无水乙醇中，使nafion的质量体积百分数为0. 05% 5%,将碳纳米材料加入到nafion和无水乙醇混合物中，使碳纳米材料的质量体积百分数为0.05% 10%,然后超声30 60min形成黑色均一的纳米材料/nafion混合液,其中碳纳米材料可以是碳纳米管或石墨烯纳米片；2将微电极分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗，然后等离子刻蚀两分钟；3将含有碳纳米材料和nafion的乙醇混合溶液手工滴加在电极阵列2上，自然干燥；4将光刻胶旋涂在芯片表面，热板100°C烘5min,光刻显影将电极部分的纳米材料和nafion的混合物薄膜保护起来,其他部分显影掉；5等离子刻蚀Imin 3min,将电极之外的碳纳米材料和nafion混合物去掉,然后将光刻胶用丙酮去除；6将电极置于20mmol/L的氯钼酸(H2PtCl6)和2mol/L的盐酸(HCl)混合液中，电镀纳米钼黑。以下结合附图对本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片的ー个具体实施方式
做详细说明。本发明提供的用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片结构如图1所示。整个芯片由绝缘基底1、微电极阵列2、对电极3、參比电极4、电极引线5，及触点6及修饰层7构成。绝缘基底I选用生物实验室常用的载玻片，作为整个芯片的载体。载玻片长76. 2mm,宽25. 4mm,厚1mm。在载玻片表面的中心位置,分布了 64个由Pt薄膜材料制成的圆形微电极，构成微电极阵列2。微电极基本以8X8的方阵形式排列，电极间距100 iim，亦可做一定形式的调整。图2即为两种不同微电极阵列2的局部放大示意图，图2中的微电极3或4直径均为30 u m,图2中的微电极阵列2中的微电极直径包含10 u m>20 u m、30 u m>40 u m>50 u m五种。由于待测神经细胞的胞体直径在IOiim左右，电极直径越小越利于检测单个细胞的电活动，电极直径大于30 时，电极记录到的信号过多，将不利于单个细胞电信号的分离。但是，大的电极直径有利于增加神经递质检测的信号強度，且能够承受更大的刺激电流。因此，本实施例中，直径小于30 ii m的微电极仅用于检测神经细胞的电生理信号；直径大于30 ii m的微电极仅用于检测神经递质电化学信号，或对神经细胞进行电刺激；直径为30 的微电极则可根据需要进行三种功能的切換。在载玻片的ー侧配有四个尺寸较大的Pt薄膜对电极3，以及四个Ag/AgCl复合薄膜參比电极4。两个电极均呈多边形，对称分布，尾端呈条形分别延伸至载玻片边缘，最小边长约3mm左右。在电生理信号检测或施加电刺激的过程中，參比电极用于提供參考电位；在神经递质电化学信号的检测过程中，对电极3用于提供一个电流回路，并与參比电极一起，构成电化学检测的三电极体系。所有圆形微电极均通过Pt薄膜引线5延伸至载玻片两端边缘，末端形成方形触点6，触点边长1. 27mm,同样以阵列形式排布，间距2. 54mm。该尺寸与标准电子元器件中弾性金属探针的尺寸相匹配。当焊接在电路板上的金属探针轻压在触点上吋，即可实现芯片与外部电路的连接。所有弓I线表面 均覆盖有氮化硅薄膜绝缘层，可使神经细胞及电解质培养液与弓I线之间达到电学上的隔离。芯片上进行神经细胞培养，结合配套的检测系统，即可开展神经细胞多种參数的检测及相关研究。本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片的具体制备过程參考图3详述如下1.在经过表面清洗的载玻片(Glass)上旋涂ー层正性光刻胶AZ1500，厚度I U m，光刻显影后形成掩模板上所有微电极阵列2、对电极3、參比电极4、电极引线及触点6的图案(图3a);2.在光刻胶图案表面溅射ー层厚度30nm的Ti种子层，以增加Pt导电薄膜层与玻璃基底的粘附性，接着溅射250nm的Pt薄膜层(图3b);3.采用剥离エ艺去除多余的Ti/Pt薄膜层，留下所需电极2 4、引线5及触点6，(图 3c);4.在制备好Pt薄膜层的基底表面，PECVD氮化硅(Si3N4)绝缘层，厚度800nm。通过光刻和SF6等离子刻蚀的方法，暴露出微电极7、8、对电极3、參比电极4及触点6，保留所有引线表面覆盖的氮化硅绝缘层(图3d);5.在參比电极4的表面，丝印涂覆厚度200 y m的Ag/AgCl浆料，并在100°C的烘箱中烘干3小时，最終形成Ag/AgCl复合薄膜參比电极4(图3e)。本发明用于神经细胞多參数检测的微电极阵列芯片的定点修饰方法过程參考图4详述如下I将含有碳纳米材料和nafion的こ醇混合溶液手工滴加在电极阵列上，自然干燥(图 4a);2将光刻胶旋涂在芯片表面，热板100°C烘5min，光刻显影将电极部分的碳纳米材料和nafion的混合物薄膜保护起来,其他部分显影掉(图4b);3等离子刻蚀Imin 3min,将电极之外的碳纳米材料和nafion混合物去掉(图4c)；4然后将光刻胶用丙酮去除(图4d);5将电极置于20mmol/L的氯钼酸(H2PtCl6)和2mol/L的盐酸(HCl)混合液中，电镀纳米钼黑。具体是采用电化学沉积的方法，在用于神经电生理检测的微电极8表面修饰纳米钼黑(Pt Black)颗粒(图4e)。具体过程是,用去离子水配制20mmol/L的氯钼酸(H2PtCl6)和2mol/L的盐酸(HCl)混合液，作为电镀液加入灌流槽中。连接电化学工作站CHI660,以待修饰微电极为工作电极，钼丝为对电极，施加固定电位，采用计时电流法电镀5分钟(图4e)。以上实施例只是为了起到说明的目的，并非对本发明的限制，在上述说明的基础上，可以对本发明作许多改进和改变，所作改进和改变，及选用其它功能材料等方法均应在本发明权利要求保护范围 之内。
权利要求
1.一种用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于包括绝缘基底(I)、微电极阵列⑵、对电极(3)、参比电极(4)、引线(5)、触点(6)及敏感膜材料(7);绝缘基底(I)是整个芯片的载体，微电极阵列(2)在绝缘基底(I)表面的中心位置，微电极阵列(2)中分布了多个以矩阵形式排布的、由导电薄膜材料制成的圆形微电极；微电极阵列(2)表面修饰有分别用于检测电生理信号和电化学信号的敏感膜材料(7);微电极阵列(2)外周圆设有对电极⑶，及参比电极(4)，对电极(3)、参比电极(4)均呈多边形，对称分布；圆形微电极、对电极⑶及参比电极⑷均通过多个导电薄膜引线(5)延伸至基底⑴四周边缘，基底(I)四周边缘内侧有多个方形触点(6)，呈内外两层设置，每一引线(5)外端与一方形触点(6)电连接，以方便与外部电路连接；所有引线(5)表面覆盖有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述绝缘基底(I)，以硬质透明绝缘材料制作，基底(I)边长25mm 80mm,厚度Imm 2mm。
3.根据权利要求2所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述硬质透明绝缘材料，是石英玻璃、聚氯乙烯或聚碳酸酯其中之一。
4.根据权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述微电极阵列(2)，所用的导电薄膜材料为生物相容性好的金属或金属化合物；微电极阵列(2)包含9 64个微电极，其中用于神经电生理信号检测的微电极直径10 μ m 30 μ m,用于神经递质电化学信号检测以及施加电刺激的微电极直径30 μ m 50 μ m,微电丰及|、司足巨50 μ m ~ 400 μ m ； 引线(5)及触点(6)的导电薄膜材料与微电极相同，厚度为200 300nm，保证其机械强度能够承受标准电子元器件中弹性金属探针所造成的压力。
5.根据权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述对电极⑶为Pt薄膜对电极，参比电极⑷为Ag/AgCl复合薄膜参比电极；对电极(3)、参比电极(4)的数量为I 8个，用于提供参考电位并保持电位稳定； 当对电极(3)、参比电极⑷的数量为4或8个时，I或2对电极(3)、1或2参比电极(4)组成一组，共四组，位于对角线上，对称分布。
6.根据权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述敏感膜材料(7)是能够提高对多巴胺检测选择性的纳米复合材料，或特异性检测乙酰胆碱或谷氨酸神经递质的酶复合材料。
7.根据权利要求6所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述敏感膜材料(X)是纳米钼黑，氧化铱，碳纳米管/nafion复合薄膜,石墨烯纳米片/nafion复合薄膜，电子媒介体和酶复合材料其中之一，或它们的有机组合。
8.根据权利要求6或7所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述酶复合材料中的酶，是谷氨酸氧化酶，乙酰胆碱脂酶，胆碱氧化酶其中之一。
9.根据权利要求1或4所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述微电极阵列(2)选用的导电薄膜材料，是金、钼、氮化钛或铟锡氧化物其中之一。
10.根据权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述引线(5)表面覆盖的绝缘层材料，为有机或无机绝缘材料。
11.根据权利要求10所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片，其特征在于所述有机或无机绝缘材料，是二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺或聚对二甲苯其中之一。
12.—种如权利要求1所述的用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤 1)在经过表面清洗的绝缘基底(I)上旋涂一层光刻胶，厚度大于拟溅射导电薄膜层的三倍，光刻显影后形成微电极阵列(2)、对电极(3)、参比电极⑷、引线(5)及触点(6)的图案； 2)在光刻胶图案表面派射一层厚度250nm 500nm的微电极导电薄膜层； 3)采用剥离工艺去除多余导电薄膜层，留下所需电极、引线(5)及触点(6)； 4)通过等离子体增强化学气相沉积二氧化硅、氮化硅、氮氧硅，或旋涂SU8、聚酰亚胺、聚对二甲苯的方法，在制备好导电薄膜层的基底(I)表面覆盖绝缘层，通过光刻和等离子刻蚀的方法，暴露出微电极阵列(2)、对电极(3)、参比电极(4)及触点(6)，保留所有引线表面覆盖的绝缘层； 5)在对电极(3)的表面，采用光刻、溅射、剥离的工艺，制备厚度250nm 500nm的Pt金属薄膜层； 6)在参比电极⑷的表面，采用光亥lj、溅射、剥离的工艺，制备厚度500nm 800nm的Ag金属薄膜层，并通过化学或电化学方法进行氯化，或在参比电极(4)的表面丝印涂覆Ag/AgCl浆料并烘干，最终形成Ag/AgCl复合薄膜参比电极。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于所述步骤2)之前，预先溅射IOnm 50nm的Cr或Ti种子层，以增加导电薄膜层与基底(I)的粘附性。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于所述步骤2)中，溅射一层厚度250nm 500nm的微电极导电薄膜层时，若微电极导电薄膜选用Pt材料,则可省略步骤5)。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于还包括微电极阵列(2)表面定点修饰碳纳米材料/nafion/纳米钼黑复合薄膜的方法,包括如下步骤 a)将nafion加入到无水乙醇中，使nafion的质量体积百分数为O.05% 5%,将碳纳米材料加入到nafion和无水乙醇混合物中，使碳纳米材料的质量体积百分数为O. 05 % 10%,然后超声30 60min形成黑色均一的碳纳米材料/nafion混合液,其中碳纳米材料可以是碳纳米管或石墨烯纳米片； b)将微电极分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗，然后等离子刻蚀两分钟； c)将含有碳纳米材料和nafion的乙醇混合溶液手工滴加在电极阵列(2)上，自然干燥； d)将光刻胶旋涂在芯片表面，热板100°C烘5min，光刻显影将电极部分的碳纳米材料和nafion的混合物薄膜保护起来,其他部分显影掉； e)等离子刻蚀Imin 3min,将电极之外的碳纳米材料和nafion混合物去掉,然后将光刻胶用丙酮去除； f)将电极置于20mmol/L的氯钼酸和2mol/L的盐酸混合液中，电镀纳米钼黑。
全文摘要
本发明公开了一种用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片及制备方法，涉及传感器技术，该芯片由绝缘基底、微电极阵列、对电极、参比电极、电极引线及触点、表面绝缘层和修饰材料七个部分构成。电极本身采用微机电系统(MEMS)工艺加工制备，并在其表面定点修饰特定的纳米复合材料和酶。在经过修饰的工作电极表面培养神经细胞，结合对电极与参比电极，可用于同时实时的检测神经细胞电生理信号和多巴胺、乙酰胆碱等神经递质的电化学信号，并兼有对神经细胞施加电刺激的功能。本发明芯片功能集成化，材料修饰定点，使用方便，适合实验室开展神经细胞培养及其多种参数检测的相关研究。
文档编号G01N27/333GK103031246SQ20111030458
公开日2013年4月10日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者周帅, 蔡新霞, 宋轶琳, 刘春秀, 林楠森 申请人:中国科学院电子学研究所