[发明专利]一种三维石墨烯界面的微流控芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种三维石墨烯界面的微流控芯片，包含子芯片，所述子芯片布置于一测试流道(21)中，测试流道(21)的两端分别连接一储液槽(22)；两个储液槽(22)和测试流道(11)构成一H形流道；子芯片上布置有细胞电极，细胞电极(10)关于设置在子芯片对称轴位置的中心参考电极(20)对称布置，一侧构成工作电极，另一侧构成对电极，两侧细胞电极(10)的捕获方向相反，且垂直于中心参考电极(20)；多个细胞电极(10)之间相互独立，分别通过引线与布置在微流控芯片边缘的接线端子相连；所述细胞电极(10)包括电极底座(11)和位于电极底座(11)上的捕获槽(12)，所述捕获槽(12)高度为30μm；由多个微电极组成，相邻的微电极之间具有5μm的缝隙(13)；多个微电极有序排列构成一个垂直于电极底座(11)的弧形捕获面，其弧线为沿短轴分割的半椭圆；电极底座(11)包括金层和位于金层上表面的石墨烯层(14)，捕获结构的弧形捕获面覆盖有石墨烯层(14)，石墨烯层(14)与金层导通；所述石墨烯层(14)具有和细胞表面的丝状伪足相匹配的微纳褶皱和纹理结构；所述细胞电极(10)为单细胞电极或双细胞电极，对于单细胞电极，其弧形捕获面对应的半椭圆的短轴长度为16-20μm，长轴长度为32-36μm；对于双细胞电极，其弧形捕获面对应的半椭圆的短轴长度为27-33μm，长轴长度为40-45μm。

2.一种权利要求1所述的三维石墨烯界面的微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括构建由两个储液槽和位于两个储液槽(22)之间的测试流道(21)构成H形PDMS流道，以及在测试流道(21)中固定排布有细胞电极(10)的子芯片；其中，细胞电极(10)的制备方法如下：

(1)通过剥离工艺在玻璃基板上形成多个相互独立的电极单元；所述电极单元具有三层结构，从上到下依次为Ti/Au/Cr；

(2)用质量分数为1％氢氟酸冲洗钛层，得到完整的图案化金电极阵列；

(3)通过软光刻在电极单元上形成垂直于电极单元的捕获槽，所述捕获槽(12)由多个微电极组成，相邻的微电极之间具有5μm的缝隙(13)；多个微电极有序排列构成一个垂直于电极单元的弧形捕获面，其弧线为沿短轴分割的半椭圆；

(4)用O₂等离子体以20W功率处理1分钟，然后浸泡于10ml 20％的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)水溶液中20min，并在35℃的培养箱中静置1小时；

(5)洗涤干燥后，将300μL 1mg/mL的GO溶液通过雾化的方法进行喷涂，在40℃的室温中干燥12小时，然后还原GO；

(6)在干燥的氮气气流中200℃下退火2小时；

(7)用0.8J/cm²能量密度的激光束对连续的石墨烯膜进行图案化，得到各个相互独立的细胞电极。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

(1.1)在玻璃基板上以2500rpm旋涂正光刻胶S1818以产生2μm厚的PR层，通过UV曝光和显影将掩模版上的图案转印到玻璃基板上；

(1.2)通过磁控溅射的方法依次将Cr/Au/Ti通过溅射到经过剥离工艺处理的玻璃基板上，Cr/Au/Ti的厚度为10nm/100nm/100nm；

(1.3)浸入丙酮溶液中半小时，然后用乙醇和去离子水漂洗，以完全洗掉光致抗蚀剂层，形成图案化的金电极层。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，采用水合肼蒸汽在80℃下还原10小时。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括键合于所述PDMS流道的PDMS盖板，PDMS流道的PDMS盖板均通过模板法加工得到。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，PDMS盖板通过显微切割分成三部分，位于子芯片上方的盖板部分可打开，用于细胞形貌的显微记录。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，位于储液槽上方的PDMS盖板具有开孔，都是通过打孔器打孔得到，用于注入或排出细胞液。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述连接细胞电极(10)和接线端子的引线在构建电极单元的同时进行铺设，然后通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积厚度为600nm的SiO₂涂层，然后采用光刻胶作为掩模阻挡电极单元以外的区域，使用反应离子蚀刻技术(RIE)来蚀刻掉电极单元上的SiO₂层，而引线被SiO₂涂层覆盖。