[发明专利]生物兼容性电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于诸如电生理学应用等应用中的生物兼容性电极，及其制造方法。

背景技术

生物医学的各个领域需要刺激贴壁细胞(如神经元、心肌细胞和一些细胞系)并对其进行记录的能力。在这些领域的应用包括药物发现、药理学、细胞传感器和神经接口系统。

在过去的几年里，药物发现市场的显著增长归功于高通量筛选(HTS，High Throughput Screening)的增长。这需要监测细胞对化合物库的电生理应答，而且目前缺乏传达与该电生理应答相关的所需信息的高容量的解决方案。用于HTS的单一试验可包含很多多孔板，例如每个这样的板含有384个孔。因此，需要大量的电极来解决所有的孔，所以电极的成本和独立电极的简单制造是至关重要的。

在过去的三十多年，已经开发了与用于HTS不同的生物传感器，其用于诸如医疗保健应用、环境毒理学(如有机磷等有毒物质的检测)，以及应对生物或化学战争的防御中所使用的传感器。完整的生物传感器需要“支持的”电子设备，例如“有源”元件，目前这种“支持的”电子设备需要使用多个芯片。现在正在开发神经接口系统，以协助进行诊断、管理和最终治愈神经系统紊乱。这种系统还需要与其它必需的电子元件连接。这些生物传感器和神经接口应用缺乏一种合适的允许与其它元件集成的电极的解决方案。

因为目前在生产用于电生理应用的合适电极的尝试中，都需要定制加工，所以这些尝试的方法都很复杂、制造成本高、不能满足小型化的要求水平，且一直都不可靠。

例如，目前存在用于电生理应用的多电极阵列(MEA，Multi-Electrode Array)，但是这些阵列都是有限的、简单的无源器件，其不能与电子电路集成。同时这些器件的成本高/体积大，因此重点用于研究和开发应用。

人们一直尝试使用现有的集成电路(IC，Integrated Circuit)技术来生产用于诸如HTS等应用的工作电极，以便试图使其能够与电子电路集成。然而，这些尝试产生的结果都有限。为了生产电极，完整的IC必须经过复杂的后期处理，以使电极能够具有生物兼容性，且这也需要昂贵的微细加工设备和洁净室设施。因此，这不适用于大规模和低成本的应用。

总之，目前还没有可用的可靠、低成本、“有源”的生物兼容性电极，这种生物兼容性电极应结构简单，易于大规模生产，且适用于生物传感器、植入体和电生理应用(如药物发现试验)。

发明内容

本发明记载在权利要求书中。

本发明提供了一种可靠的、耐腐蚀的生物兼容性电极，其能与其它电子元件集成，通过以集成电路(IC)上的电极结构为基础，同时通过含有多孔阀金属氧化物的电极层的方式大大降低暴露于例如生理介质中的电极层被腐蚀的危险。

电极的制造简单，因此成本低，且可实现大规模制造，这是因为可使用现成的低成本IC技术来生产电极。

附图说明

本发明的实施例将参照附图来进行描述，其中：

图1为根据本发明的示例性生物兼容性电极的示意图；

图2为图1中用a标示的方框部分的放大示意图；

图3为示例性完整电极层的部分示意图，其对应图2中用b标示的方框部分的放大示意图(为了简化和清晰之目的省略了边缘效应的详述)；

图4为示例性电极层的示意图；

图5A和图5b为具有已被扩大的孔和经刻蚀变薄的氧化阻挡层的示例性电极层的示意图；

图6A和图6B为具有贵金属涂层的示例性电极层的示意图；

图7为具有贵金属涂层和其它涂层的示例性电极层的示意图；

图8为具有如图4所示电极层的生物兼容性电极的图像；

图9为具有如图6A所示电极层的生物兼容性电极的图像；

图10为具有如图6A所示电极层的电极的微电极阵列的图像；

图11为示例性生物传感器的原理示意图；

图12为如何通过示例性电极发生细胞的电子记录/刺激的示意图；

图13a到图13d示出了示例性生物传感器及其部分的示意图；

图14为制造根据本发明制造生物兼容性电极的示例性方法的工序流程示意图；

图15为作为图14所示过程的起点的示例性CMOS IC的示意图；

图16为图15中用c标示的方框部分的放大示意图；

图17为IC封装(其被组装以使电极区可暴露在电解质中)的示意图；以及

图18示出了在选择地发生了预阳极氧化刻蚀后的图16的视图。