[发明专利]用于神经细胞多参数检测的微电极阵列芯片及制备方法

说明书

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。

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(microelectrode，MEA)提供了一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。国内外出现了一些采用各种材料和工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，因此更无法专一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参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、乙酰胆碱、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参数检测的相关研究。

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参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、参比电极4、引线5、触点6及敏感膜材料7；绝缘基底1是整个芯片的载体，微电极阵列2在绝缘基底1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3及参比电极4均通过多个导电薄膜引线5延伸至基底1四周边缘，基底1四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。

所述的用于神经细胞多参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1边长25mm～80mm，厚度1mm～2mm。

所述的用于神经细胞多参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、聚氯乙烯或聚碳酸酯其中之一。

所述的用于神经细胞多参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个微电极，其中用于神经电生理信号检测的微电极直径10μm～30μm，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30μm～50μm，微电极间距50μm～400μm；

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。

所述的用于神经细胞多参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，参比电极4为Ag/AgCl复合薄膜参比电极；对电极3、参比电极4的数量为1～8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4的数量为4或8个时，1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。

所述的用于神经细胞多参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，或特异性检测乙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参数检测的微电极阵列芯片，其所述敏感膜材料7是纳米铂黑，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参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，乙酰胆碱脂酶，胆碱氧化酶其中之一。