的三個敏感元件的結(jié)構(gòu)和檢測方法相近，因此易于集成，制備工藝簡單，體積小，檢測信號易于獲取，細(xì)胞安全性高，檢測靈敏度高。此外，在制備過程中，在硅基底的非敏感區(qū)域進(jìn)行了重?fù)诫s處理，能有效隔離不同敏感區(qū)的光生電流信號的相互干擾。在芯片表面的非敏感區(qū)進(jìn)行了 Si3N4絕緣層沉積，能有效避免不同敏感膜表面的化學(xué)電勢的相互干擾，保證了測量信號的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的檢測細(xì)胞外生化參數(shù)的光電集成電位傳感器的結(jié)構(gòu)裝配圖，(a)為整體圖，(b)為結(jié)構(gòu)分解圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的光電集成電位傳感器的傳感芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為整體圖，(b)為背面視圖，(C)為結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的檢測細(xì)胞外生化參數(shù)的光電集成電位傳感器的制備方法流程圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的光電集成電位傳感器的傳感芯片的工藝流程圖；
[0026]圖5為復(fù)合膜的制備方法示意圖；
[0027]圖中，傳感芯片1、芯片PCB板2、外置導(dǎo)線3、外置電極4、細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5、硅基底6、光源照射窗口 7、第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9、第三敏感區(qū)域10、重?fù)诫s層11、薄氧化層12、第一金屬層13、復(fù)合膜14、第二金屬層15、焊盤16、導(dǎo)線17、Si3N4絕緣層18、鋁電極19、第一接口焊盤20、第二接口焊盤21、第一引線22、第二引線23、第一引腳24、第二引腳25、透光孔26、凹槽27、厚氧化層28、鈦化鎢薄膜29、參比電極30、恒電位/電流儀31、工作電極接口 32、參比電極接口 33、對電極接口 34。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明檢測細(xì)胞外生化參數(shù)的光電集成電位傳感器，可以在同一芯片表面對胞外酸化率、胞外葡萄糖消耗速率、胞外氧化還原電位三種參數(shù)進(jìn)行同時檢測，它包括:傳感芯片1、芯片PCB板2、外置導(dǎo)線3、外置電極4、細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5。
[0030]如圖2所示，所述傳感芯片I具有硅基底6，硅基底6背面具有三個光源照射窗口7，三個光源照射窗口 7之間間隔至少1mm，在硅基底6正面與光源照射窗口 7相對應(yīng)的位置分別設(shè)有第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9和第三敏感區(qū)域10，在除第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9和第三敏感區(qū)域10外的硅基底6上表面通過離子注入或擴(kuò)散形成重?fù)诫s層11，在硅基底6正面覆蓋薄氧化層12，作為H+離子敏感材料；在薄氧化層12表面第二敏感區(qū)域9對應(yīng)的位置覆蓋第一金屬層13，作為氧化還原電位敏感材料；在薄氧化層12表面第三敏感區(qū)域10對應(yīng)的位置覆蓋復(fù)合膜14，作為葡萄糖的敏感材料；所述復(fù)合膜14由第二金屬層15上電鍍聚吡咯和葡萄糖氧化酶的混合物形成；傳感芯片I邊緣具有一焊盤16，焊盤16通過導(dǎo)線17與第二金屬層15相連；第一金屬層13和復(fù)合膜14的上表面、薄氧化層12上第一敏感區(qū)域8對應(yīng)的位置以及焊盤16均暴露于傳感芯片I表面，其他區(qū)域均覆蓋Si3N4絕緣層18 ;硅基底6背面的非窗口區(qū)域覆蓋鋁電極19。
[0031]其中，重?fù)诫s層11與Si3N4絕緣層18的功能在于，對第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9和第三敏感區(qū)域10進(jìn)行有效隔離，防止檢測過程中三種參數(shù)的交叉干擾。鋁電極19的作用在于，使硅基底6與芯片PCB板2形成歐姆接觸，將傳感芯片I的信號傳導(dǎo)至芯片PCB板2上。
[0032]所述芯片PCB板2上具有第一接口焊盤20、第二接口焊盤21、第一引線22、第二引線23、第一引腳24和第二引腳25，所述第一接口焊盤20的形狀和尺寸與傳感芯片I背面相同，并在光源照射窗口 7的相對應(yīng)位置開有透光孔26 ;第一接口焊盤20通過第一引線22與第一引腳24相連，第二接口焊盤21通過第二引線23與第二引腳25相連；第一引腳24和第二引腳25位于芯片PCB板2的邊緣。
[0033]其中，透光孔26和光源照射窗口 7的功能在于，在檢測過程中為傳感芯片I提供光源照射通路，使得光源不受阻擋直接照射在傳感芯片I的第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9和第三敏感區(qū)域10。
[0034]所述外置導(dǎo)線3 —端連接在傳感芯片I的焊盤16上，另一端連接在第二接口焊盤21上；所述細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5的內(nèi)側(cè)壁開有凹槽27，所述外置電極4固定在凹槽27內(nèi)，可采用直徑為0.5mm的鉬絲。
[0035]如圖3所示，本發(fā)明檢測細(xì)胞外生化參數(shù)的光電集成電位傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0036]1、制備背面光源照射窗口 7:選擇電阻率為8?10 Ω.cm的P型硅片作為硅基底6，清洗烘干之后，在硅基底6背面旋涂光刻膠，經(jīng)紫外曝光顯影，采用濕法腐蝕，蝕刻出光源照射窗口 7，光源照射窗口 7頂部的硅基底剩余厚度為100 μ m，如圖4a、b所示；
[0037]2、制備重?fù)诫s層11:在1000°C高溫擴(kuò)散爐內(nèi)，通干氧，硅基底6正面熱氧化生長一層厚氧化層28，厚度800?lOOOnm，隨后在厚氧化層28上旋涂一層光刻膠，經(jīng)紫外曝光顯影，采用濕法腐蝕去除正面暴露的氧化層，然后采用離子注入或擴(kuò)散法形成P+重?fù)诫s層11，與此同時，P+重?fù)诫s層11表面也會有少量氧化層形成，如圖4c、d、e所示；
[0038]3、制備H+離子敏感膜材料:采用濕法腐蝕將硅基底6正面的氧化層全部去除，然后在芯片正面熱氧化生長一層薄氧化層12，厚度50nm，如圖4f、g所示；
[0039]4、制備金屬敏感膜材料:在薄氧化層12表面旋涂光刻膠，經(jīng)紫外曝光顯影之后，磁控濺射20nm厚的鈦化鎢薄膜29作為粘附層，接著磁控濺射沉積一層金屬層，厚度150?200nm，然后采用lift-off工藝將第二敏感區(qū)域9、第三敏感區(qū)域10、導(dǎo)線17和焊盤16以外的金屬層進(jìn)行剝離，如圖4h、i所示；
[0040]5、制備片上隔離區(qū)域:采用LPCVD法在硅基底6正面沉積一層Si3N4絕緣層，厚度Iym,隨后旋涂光刻膠，經(jīng)紫外曝光顯影，蝕刻第一敏感區(qū)域8、第二敏感區(qū)域9、第三敏感區(qū)域10、焊盤16表面覆蓋的Si3N4絕緣層，而其他區(qū)域表面的Si 3N4絕緣層18保留下來，作為片上隔離區(qū)域，如圖4j、k所示；
[0041]6、制備背面鋁電極19:硅基底6背面熱蒸發(fā)沉積金屬鋁，厚度300nm，并在鋁層表面旋涂光刻膠，經(jīng)曝光顯影，蝕刻掉光源照射窗口 7表面的鋁層，保留非窗口區(qū)域的鋁電極19，如圖41所示；
[0042]7、傳感器的封裝:利用劃片工藝將硅基底6分割成IcmX Icm的小片，取出一小片，將背面鋁電極19涂上導(dǎo)電膠，并粘合在芯片PCB板2上的第一接口焊盤20處，放置于100°C的烘箱中固化I小時；將外置導(dǎo)線3的一端焊接在第二接口焊盤21上，將另一端涂上導(dǎo)電膠，粘合在傳感芯片I表面的焊盤16上，放置于100°C的烘箱中固化I小時，使得第二金屬層15與第二引腳25導(dǎo)通；然后將外置電極4卡在凹槽27內(nèi)，再用環(huán)氧樹脂膠水將細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5封接在芯片PCB板2上，并使得傳感芯片I暴露在細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5內(nèi)部；
[0043]8、制備復(fù)合膜14:配制單體吡咯和葡萄糖氧化酶的混合溶液，吡咯單體濃度為0.1M，葡萄糖氧化酶濃度在20?300U/mL范圍內(nèi)，將混合溶液滴加到細(xì)胞培養(yǎng)測試腔體5內(nèi)，將第二金屬層15作為工作電極，第二引腳25作為工作電極的信號引出腳，Ag/AgCl作為參比電極30，外置電極4作為對電極，組成三電極體系，分別與恒電位/電流儀31上的工作電極接口 32、參比電極接口 33、對電極接口 34相連，如圖5所示，在工作電極上施加恒電流，電流密度為0.0lmA/cm2?1.0mA/cm2,電荷密度為10?40mC/cm2，單體吡咯發(fā)生聚合，并包埋葡萄糖氧化酶，在第二金屬層15表面即可形成復(fù)合膜14，厚度小于lOOnm，隨后采用PH7的磷酸鹽緩沖液對傳感芯片I表面進(jìn)行清洗，而后放置在4°C條