[发明专利]检测细胞外生化参数的光电集成电位传感器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种检测细胞外生化参数的光电集成电位传感器及其制备方法。所述细胞外生化参数包括细胞代谢过程中产生的胞外酸化率、胞外葡萄糖消耗速率、胞外氧化还原电位三种参数。所述传感器为硅基结构的光电复合器件，芯片正面具有多个敏感区域，用于H+离子、葡萄糖和氧化还原电位的检测，各敏感区域之间通过硅片内部的重掺杂层以及硅片表面沉积的绝缘层进行隔离。其中，H+离子以SiO2为敏感材料，葡萄糖以金属膜上电聚合聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合膜为敏感材料，氧化还原电位以金属膜为敏感材料。利用本发明可实现多个胞外生化参数的高灵敏、实时检测，且各敏感区域不存在互相干扰，可为细胞的生理代谢研究提供更全面的信息。

主权项

一种检测细胞外生化参数的光电集成电位传感器，其特征在于，包括：传感芯片(1)、芯片PCB板(2)、外置导线(3)、外置电极(4)和细胞培养测试腔体(5)；所述传感芯片(1)具有硅基底(6)，硅基底(6)背面具有三个光源照射窗口(7)，三个光源照射窗口(7)之间间隔至少1mm，在硅基底(6)正面与光源照射窗口(7)相对应的位置分别设有第一敏感区域(8)、第二敏感区域(9)和第三敏感区域(10)，在除第一敏感区域(8)、第二敏感区域(9)和第三敏感区域(10)外的硅基底(6)上表面通过离子注入或扩散形成重掺杂层(11)，在硅基底(6)正面覆盖薄氧化层(12)，作为H+离子敏感材料；在薄氧化层(12)表面第二敏感区域(9)对应的位置覆盖第一金属层(13)，作为氧化还原电位敏感材料；在薄氧化层(12)表面第三敏感区域(10)对应的位置覆盖复合膜(14)，作为葡萄糖的敏感材料；所述复合膜(14)由第二金属层(15)上电镀聚吡咯和葡萄糖氧化酶的混合物形成；传感芯片(1)边缘具有一焊盘(16)，焊盘(16)通过导线(17)与第二金属层(15)相连；第一金属层(13)和复合膜(14)的上表面、薄氧化层(12)上第一敏感区域(8)对应的位置以及焊盘(16)均暴露于传感芯片(1)表面，其他区域均覆盖Si3N4绝缘层(18)；硅基底(6)背面的非窗口区域覆盖铝电极(19)；所述芯片PCB板(2)上具有第一接口焊盘(20)、第二接口焊盘(21)、第一引线(22)、第二引线(23)、第一引脚(24)和第二引脚(25)，所述第一接口焊盘(20)的形状和尺寸与传感芯片(1)背面相同，并在光源照射窗口(7)的相对应位置开有透光孔(26)；第一接口焊盘(20)通过第一引线(22)与第一引脚(24)相连，第二接口焊盘(21)通过第二引线(23)与第二引脚(25)相连；第一引脚(24)和第二引脚(25)位于芯片PCB板(2)的边缘；所述外置导线(3)一端连接在传感芯片(1)的焊盘(16)上，另一端连接在第二接口焊盘(21)上；所述细胞培养测试腔体(5)的内侧壁开有凹槽(27)，所述外置电极(4)固定在凹槽(27)内。