專利名稱：一種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型分析傳感器芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體地說是一種集富集檢測(cè)功能的
微電極生物傳感芯片，是可以進(jìn)行生物樣品富集和阻抗檢測(cè)的具有微米結(jié)構(gòu)的傳感芯片。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境、健康等的關(guān)注，人們期望生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)小型化、快速化。微機(jī)電 系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和電路的集成化的發(fā)展，使這一需要成為可能。目前，環(huán)境、醫(yī)學(xué)臨床診斷 還是以價(jià)格昂貴、時(shí)間較長(zhǎng)、需要在中心實(shí)驗(yàn)室由專業(yè)人士采用大型專業(yè)儀器操作的傳統(tǒng) 檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，隨著微型傳感器的技術(shù)進(jìn)步，廉價(jià)快速的可由非專業(yè)人士現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作的便攜 化儀器得到了大力發(fā)展。其中，發(fā)展出一套成熟的微全分析系統(tǒng)一直是環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物、醫(yī) 學(xué)、藥物等領(lǐng)域?qū)W者孜孜以求的目標(biāo)，而缺乏行之有效的生物粒子(直徑約在10 100微 米之間)操縱及分離技術(shù)正是制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸。介電泳這一重要的微納米操縱使能 技術(shù)，具有便于集成、易于控制、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，非常適合對(duì)細(xì)胞、病毒、蛋白質(zhì)、DNA、乳膠 微球等微納米級(jí)微粒進(jìn)行操縱、富集與分離等。然而，目前基于介電泳這一技術(shù)的生物微粒 分離后的辨別是在大型的光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行，這樣，分離系統(tǒng)的微型化由于受到檢測(cè)系統(tǒng) 的大型化的制約，使得微全分析系統(tǒng)仍然只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，無法做到走入家庭或在現(xiàn)場(chǎng) 進(jìn)行分析測(cè)試。 生物阻抗譜檢測(cè)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中已經(jīng)有較廣泛的應(yīng)用，在微系統(tǒng)中集成該技術(shù) 具有重要的意義。特別是結(jié)合阻抗譜生化檢測(cè)技術(shù)，在微系統(tǒng)中的應(yīng)用具有更廣闊的發(fā)展 前景。大量研究表明，采用微電極陣列進(jìn)行的阻抗譜測(cè)量不僅能夠區(qū)分細(xì)胞種類，還能反映 細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移以及一些生理特性。然而，盡管利用微電極陣列對(duì)細(xì)胞或細(xì)菌檢測(cè)是可行 的，其測(cè)試靈敏度還有待提高。檢測(cè)靈敏度較低，一是因?yàn)闃悠返臐舛容^低，信號(hào)微弱；二是 因?yàn)殡姌O極化產(chǎn)生寄生干擾，淹沒了有用信號(hào)。采用微納米結(jié)構(gòu)的電極富集樣品是解決測(cè) 試靈敏度的有效途徑之一。結(jié)合介電泳技術(shù)和生物阻抗譜技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)微生物顆粒、細(xì)胞或 分子水平上的生物樣品的快速的實(shí)時(shí)的介電泳分離富集和檢測(cè)。該介電泳技術(shù)和生物阻抗 譜技術(shù)為反應(yīng)靈敏、響應(yīng)快速、易于程控的微傳感器提供了廣闊的發(fā)展空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片，其具有介電 泳技術(shù)和生物阻抗譜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生物樣品的富集和阻抗檢測(cè)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片，包括絕緣基片、金屬電極和樣品池， 金屬電極通過引線與外電路相連；其在一個(gè)絕緣基片的上表面固接有富集電極、檢測(cè)電極 和樣品池；其中，圍繞基片中心有兩對(duì)頂端相對(duì)的金屬微電極作為生物樣品的富集電極，在 四富集電極頂端圍成的中心部分有一對(duì)平行的電極作為樣品的檢測(cè)電極，兩檢測(cè)電極在四 富集電極各自相互間隔間通過；在六電極的上方中心部分四周，以聚合物在絕緣基片的上
3表面凸起圍成一個(gè)樣品池，四富集電極頂端和兩檢測(cè)電極的平行部分位于樣品池內(nèi)。
所述的微電極生物傳感芯片，其所述絕緣基片為玻璃片或表面沉積氮化硅的硅片。 所述的微電極生物傳感芯片，其所述兩對(duì)相對(duì)的金屬微富集電極，其一對(duì)富集電極的軸向與另一對(duì)富集電極的軸向正交，為金或鉑金材料電極，其頂端形狀是三角形、半圓形或長(zhǎng)方形。 所述的微電極生物傳感芯片，其所述一對(duì)平行的金屬微檢測(cè)電極，為金或鉑金材料電極，其形狀為條狀或圓弧狀。 所述的微電極生物傳感芯片，其所述樣品池，是捕捉和收集生物微粒的場(chǎng)所，其形狀為圓形、方形或長(zhǎng)方形。 本發(fā)明對(duì)生物樣品的富集和檢測(cè)是基于介電泳原理和阻抗測(cè)量原理的融合，被測(cè)樣品滴入樣品池可實(shí)現(xiàn)富集和檢測(cè)。本發(fā)明生物傳感芯片，使用方便、反應(yīng)靈敏、響應(yīng)快速、測(cè)試精確。


圖1為本發(fā)明基于微電極的生物樣品富集和檢測(cè)傳感芯片的俯視結(jié)構(gòu) 圖2為本發(fā)明基于微電極的生物樣品富集和檢測(cè)傳感芯片的剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
—種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片，包括絕緣基片1、金屬電極和樣品池4，金屬電極通過引線與外電路相連；其在一個(gè)絕緣基片1的上表面固接有富集電極2、檢測(cè)電極3和樣品池4 ;其中，圍繞基片1中心有兩對(duì)頂端相對(duì)的金屬微電極作為生物樣品的富集電極2，在四富集電極2頂端圍成的中心部分有一對(duì)平行的電極作為樣品的檢測(cè)電極3，兩檢測(cè)電極3在四富集電極2各自相互間隔間通過；在六電極的上方中心部分四周，以聚合物在絕緣基片1的上表面凸起圍成一個(gè)樣品池4，四富集電極2頂端和兩檢測(cè)電極3的平行部分位于樣品池4內(nèi)。 在絕緣基片1上表面固接的金屬微富集電極2與金屬微檢測(cè)電極3互相絕緣，其各金屬微電極尺寸、形狀以及電極寬度均可以考慮不同工作要求具體確定。
樣品池4的大小尺寸、形狀可根據(jù)測(cè)量要求具體確定。
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案。 本實(shí)例在2X2cm2的玻璃基片1上利用lift-off (剝離工藝)工藝制作出兩對(duì)相對(duì)的，且軸向正交的金屬微電極作為生物樣品的富集電極2，富集電極2頂端相對(duì)，富集電極2頂端圍成的中心部分有一對(duì)平行的電極作為樣品的檢測(cè)電極3，檢測(cè)電極3在兩對(duì)電極的各自相互間通過；富集電極2和檢測(cè)電極3為金材料制作，各金電極圖形如圖1所示。再在玻璃基片1上表面，于各金電極圖形上方甩上2 ii m厚的SU8膠，刻出壁厚500 y m，開口面積IX lcm2的點(diǎn)樣樣品池4，本實(shí)施例的樣品池4為方形。 本發(fā)明對(duì)生物樣品的富集和檢測(cè)是基于介電泳原理和阻抗測(cè)量原理的融合。介電泳，就是中性微粒在空間非均勻直流或交流電場(chǎng)的作用下，發(fā)生極化而沿場(chǎng)強(qiáng)增加或減少的方向受到凈力，并在液體中進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。介電泳力正比于場(chǎng)強(qiáng)模值平方的梯度，比例因子的正負(fù)取決于微粒種類、懸浮液類型和交流信號(hào)的頻率。適當(dāng)選擇頻率大小，可以 使某種微粒趨向于場(chǎng)強(qiáng)極值點(diǎn)，而其他微粒遠(yuǎn)離場(chǎng)強(qiáng)極值點(diǎn)。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的傳感芯片，通 過適當(dāng)?shù)念l率選擇，四個(gè)外圍的用于樣品富集的微電極陣列產(chǎn)生的交流電場(chǎng)可以使介電泳 微粒集中在樣品池中央，從而通過中心的平行電極實(shí)施阻抗參數(shù)的測(cè)量以實(shí)現(xiàn)生物微粒的 檢測(cè)。
權(quán)利要求
一種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片，包括絕緣基片、金屬電極和樣品池，金屬電極通過引線與外電路相連；其特征在于，在一個(gè)絕緣基片的上表面固接有富集電極、檢測(cè)電極和樣品池；其中，圍繞基片中心有兩對(duì)頂端相對(duì)的金屬微電極作為生物樣品的富集電極，在四富集電極頂端圍成的中心部分有一對(duì)平行的電極作為樣品的檢測(cè)電極，兩檢測(cè)電極在四富集電極各自相互間隔間通過；在六電極的上方中心部分四周，以聚合物在絕緣基片的上表面凸起圍成一個(gè)樣品池，四富集電極頂端和兩檢測(cè)電極的平行部分位于樣品池內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的微電極生物傳感芯片，其特征在于，所述絕緣基片為玻璃片或表面沉積氮化硅的硅片。
3. 如權(quán)利要求1所述的微電極生物傳感芯片，其特征在于，所述兩對(duì)相對(duì)的金屬微富集電極，其一對(duì)富集電極的軸向與另一對(duì)富集電極的軸向正交，為金或鉑金材料電極，其頂端形狀是三角形、半圓形或長(zhǎng)方形。
4. 如權(quán)利要求1所述的微電極生物傳感芯片，其特征在于，所述一對(duì)平行的金屬微檢測(cè)電極，為金或鉑金材料電極，其形狀為條狀或圓弧狀。
5. 如權(quán)利要求1所述的微電極生物傳感芯片，其特征在于，所述樣品池，是捕捉和收集生物微粒的場(chǎng)所，其形狀為圓形、方形或長(zhǎng)方形。
全文摘要
本發(fā)明一種集富集檢測(cè)功能的微電極生物傳感芯片，涉及微型分析檢測(cè)芯片技術(shù)，包括絕緣基片、金屬電極和樣品池，金屬電極通過引線與外電路相連；其在一個(gè)絕緣基片的上表面固接有富集電極、檢測(cè)電極和樣品池；其中，圍繞基片中心有兩對(duì)頂端相對(duì)的金屬微電極作為生物樣品的富集電極，在四富集電極頂端圍成的中心部分有一對(duì)平行的電極作為樣品的檢測(cè)電極，兩檢測(cè)電極在四富集電極各自相互間隔間通過；在六電極的上方中心部分四周，以聚合物在絕緣基片的上表面凸起圍成一個(gè)樣品池，四富集電極頂端和兩檢測(cè)電極的平行部分位于樣品池內(nèi)。本發(fā)明芯片，被測(cè)樣品滴入樣品池可實(shí)現(xiàn)富集和檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/04GK101738463SQ20081022608
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者劉泳宏, 許靜, 趙湛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所