[发明专利]一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法，包括第一柔性层、若干阵列排布的液态金属微电极和第二柔性层；所述第一柔性层和第二柔性层键合，二者间设有绝缘微通道；所述液态金属微电极排布于所述绝缘微通道内，包括记录电极位点、导线和接口端，所述记录电极位点的表面附着有铂电极，且记录电极位点与微纳米铂电极的结构缝隙间设有藻酸盐微凝胶层。该柔性微电极阵列具有良好的生物相容性、可拉伸性能，可用于心肌芯片三维物理场模拟及心肌组织场电位信号长期实时记录。该柔性微电极阵列制备工艺简单高效，可实现批量生产与灵活设计，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明具体涉及一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法。

背景技术

据统计，一种新药平均研发周期～15年，费用～10亿美元。然而，临床前实验验证有效的药物，约92％无法通过临床试验，其中45％发生在心肌组织毒性检测环节。因此，心肌芯片在药物开发、毒理测试中将发挥重要作用，不仅大大缩短临床试验周期，降低心肌伤害风险，也为患者个性化诊疗提供有力支持。心肌组织的电生理参数是当前心肌芯片组织培养、功能应用评价的非常重要的指标，目前研究电生理特性的直接技术有两大类：膜片钳和微电极阵列。

微电极阵列(microelectrode array,MEA)是以检测电兴奋类细胞如心肌细胞、神经网络等的电生理活动的一类细胞传感器。心肌细胞会自发或者受到超阈值信号刺激而发生动作电位，细胞传感器将活体细胞作为一级传感单元，微电极阵列作为二级传感单元，测量粘附在微电极阵列基底上的心肌细胞的细胞外场电位。它因无损检测、响应速度快、制备工艺简单、可扩展性强等特点而具有广泛的应用前景。

刚性基底的MEA已成为一种应用广泛的体外检测细胞电生理的平台，常用的有硅基底的MEA，具有传感单元面积极小和超高集成度等优势，玻璃基底还可与光学检测系统兼容。其局限性是硅和玻璃是杨氏模量较高的脆性材料，传统的刚性装置与软生物组织接触时，会发生机械力失配，生物相容性较差，不利于长时间检测，因此，一种解决方案是采用柔性材料作为基板，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。近年来，柔性基底为微电极阵列的制造方法提供更多的可能性，显着降低成本、制造时间以及减少步骤数量和对精密设备的需求。

目前广泛采用丝网印刷、喷墨打印、直接激光直写碳化等加工方式可在柔性基板上制备微米尺寸的固态微电极阵列如金、银、导电聚合物等，固态电极在应变环境中容易产生裂纹影响电极的性能稳定，因此制备全柔性的微电极阵列具有重要意义，可以在应变条件下保持良好的记录功能，并且配合心肌芯片所需的应变功能，模拟体内心肌物理环境。

液态金属是一种无定型态、可流动的非晶合金材料，在室温下呈流体态，具有良好的可塑性、延展性、导电性及耐压性，常见的液态金属主要用Hg、Ga基合金等，Ga基合金因其安全无毒、稳定不挥发而广泛应用于柔性电子、软体机器人、生物医疗等场合。液态金属，如镓铟合金在水和氧共存环境中易析出微量的,化学性能较活泼，置于细胞培养基中的液态金属电极表面需要良好的封装层，以提高液态金属电极的性能稳定性及生物相容性。CN105944228A公开了一种基于液态金属的植入式柔性神经电极，将液态金属阵列图案喷涂成型置于聚合物薄膜上，并键合阵列开孔薄膜作封装层，电极点表面覆盖液态金属封装剂，该制备工艺简单，但在高精度成型及表面处理方面还有待提高。CN111920404A公开了一种柔性微电极阵列及其制备方法和应用，将分散后液态金属油墨通过丝网印刷-转印的方式置于柔性聚合物基底上，表面涂敷柔性聚合物做绝缘封装层，电极位点通过磁控溅射的方式沉积贵金属做封装层，该柔性微电极阵列具有良好生物相容性且性能稳定，但在金属与绝缘层定位方式及对精密设备的依赖还有待改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法，解决了上述背景技术中的问题。