本發(fā)明涉及信號檢測，尤其涉及一種微電極陣列器件及其制備方法和檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高內(nèi)涵的監(jiān)測心肌細(xì)胞的胞內(nèi)動作電位對于研究心臟的電生理、心臟疾病以及藥物研發(fā)具有重要意義。高內(nèi)涵的動作電位監(jiān)測可以提供高通量和高分辨率的多維數(shù)據(jù)，如心肌細(xì)胞的去極化和復(fù)極化時間等。近年來，膜片鉗技術(shù)作為胞內(nèi)ap(action?potential，動作電位)記錄的一種金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，通過玻璃移液管直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部來測量跨膜電位。膜片鉗所記錄的胞內(nèi)ap具有高的信噪比(snr)、時間分辨率和信號保真度，通常最多有10個膜片鉗進(jìn)行并行操作。膜片鉗技術(shù)由于其低的檢測通量和操作復(fù)雜，難以高效的揭示心臟病等復(fù)雜病理生理學(xué)，這限制了其在高通量的細(xì)胞電生理研究的應(yīng)用。雖提出幾種多通道的自動化膜片鉗技術(shù)用于提高樣本處理量，但這些技術(shù)通常需要使用懸液中分離的細(xì)胞，損害了細(xì)胞間電連接的相關(guān)性。

2、微電極陣列平臺因其具有多通道檢測能力，被廣泛用于監(jiān)測大型細(xì)胞群的細(xì)胞電信號。為了提高電生理檢測的準(zhǔn)確性。但是，目前的微電極陣列工藝非常復(fù)雜，不利于批量生產(chǎn)；并且，目前的微電極主要局限于記錄細(xì)胞外場電位，無法記錄胞內(nèi)動作電位。相關(guān)技術(shù)中，使用超快脈沖激光產(chǎn)生熱載流子來穿孔細(xì)胞膜，基于光學(xué)穿孔的方法能夠成功穿透細(xì)胞膜，但需要復(fù)雜的光學(xué)對準(zhǔn)，并且難以實(shí)現(xiàn)同步的光穿孔。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決上述問題之一，本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種微電極陣列器件及其制備方法和檢測系統(tǒng)，基于電穿孔，實(shí)現(xiàn)多通道的胞內(nèi)動作電位檢測，降低制備工藝難度。

2、一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微電極陣列器件，包括基底以及設(shè)置于所述基底的一側(cè)表面的若干個微電極，若干個所述微電極沿所述基底的四周分布且形成預(yù)設(shè)圖案，每個所述微電極包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層設(shè)置于所述基底與所述第二導(dǎo)電層之間，所述第二導(dǎo)電層包括三維納米碳層，所述預(yù)設(shè)圖案包括記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域，所述非記錄區(qū)域覆蓋有絕緣層。

3、可選地，所述三維納米碳層包括石墨烯層或碳納米管層。

4、可選地，所述石墨烯層包括花瓣結(jié)構(gòu)的石墨烯。

5、實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例包括以下有益效果：微電極陣列器件包括基底以及基底上若干個微電極，每個微電極包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層包括三維納米碳層；三維納米碳層結(jié)構(gòu)的電極測試過程中被細(xì)胞膜緊緊地包裹，從而減少細(xì)胞膜與電極的間隙距離，提高密封電阻，提高微電極陣列的信號記錄質(zhì)量；另外，由于三維納米碳微電極尺寸較小，細(xì)胞降落時重力或細(xì)胞在基底上擴(kuò)散可以導(dǎo)致微電極滲透細(xì)胞膜，這為胞內(nèi)動作電位檢測提供了可能。

6、另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微電極陣列器件的制備方法，包括：

7、提供基底，并清洗所述基底；

8、在所述基底的一側(cè)表面依次制備第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層；所述第二導(dǎo)電層包括三維納米碳層；

9、刻蝕所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層形成預(yù)設(shè)圖案；所述預(yù)設(shè)圖案包括沿所述基底四周分布的若干個微電極；

10、在所述預(yù)設(shè)圖案的非記錄區(qū)域制備絕緣層；所述預(yù)設(shè)圖案包括記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域。

11、可選地，所述第一導(dǎo)電層包括金屬層，所述在所述基底的一側(cè)表面依次制備第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，包括：

12、采用磁控濺射法，在所述基底的一側(cè)表面制備所述第一導(dǎo)電層；

13、采用氣相沉積法，在所述第一導(dǎo)電層的表面制備所述第二導(dǎo)電層。

14、可選地，所述刻蝕所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層形成預(yù)設(shè)圖案，包括：

15、采用激光刻蝕法，在制備有第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的基底上，按照預(yù)設(shè)圖案去除多余的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層形成所述預(yù)設(shè)圖案。

16、實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例包括以下有益效果：首先在基底制備第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，然后刻蝕第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層形成預(yù)設(shè)圖案，并在預(yù)設(shè)圖案的非記錄區(qū)域制備絕緣層，微電極陣列器件的制備過程簡潔，降低制備工藝難度，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

17、另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微電極陣列器件的檢測系統(tǒng)，包括電路板、細(xì)胞培養(yǎng)室和上述的微電極陣列器件，所述細(xì)胞培養(yǎng)室固定在所述微電極陣列器件的記錄區(qū)域，所述微電極陣列器件的若干個所述微電極連接所述電路板。

18、可選地，所述檢測系統(tǒng)還包括信號處理模塊、電穿孔模塊和處理器，所述電路板連接所述信號處理模塊和所述電穿孔模塊，所述處理器連接所述信號處理模塊和所述電穿孔模塊。

19、可選地，所述信號處理模塊包括放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

20、可選地，所述電穿孔模塊包括信號發(fā)生器和電壓緩沖器。

21、實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例包括以下有益效果：微電極陣列器件的檢測系統(tǒng)包括電路板、細(xì)胞培養(yǎng)室和微電極陣列器件，細(xì)胞培養(yǎng)室固定在微電極陣列器件的記錄區(qū)域，微電極陣列器件的若干個微電極連接電路板，通過電路板給微電極施加電壓信號，在細(xì)胞膜兩側(cè)形成局部電場使細(xì)胞膜產(chǎn)生納米孔，即通過電穿孔實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)動作電位檢測。

技術(shù)特征：

1.一種微電極陣列器件，其特征在于，包括基底以及設(shè)置于所述基底的一側(cè)表面的若干個微電極，若干個所述微電極沿所述基底的四周分布且形成預(yù)設(shè)圖案，每個所述微電極包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層設(shè)置于所述基底與所述第二導(dǎo)電層之間，所述第二導(dǎo)電層包括三維納米碳層，所述預(yù)設(shè)圖案包括記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域，所述非記錄區(qū)域覆蓋有絕緣層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電極陣列器件，其特征在于，所述三維納米碳層包括石墨烯層或碳納米管層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電極陣列器件，其特征在于，所述石墨烯層包括花瓣結(jié)構(gòu)的石墨烯。

4.一種微電極陣列器件的制備方法，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層包括金屬層，所述在所述基底的一側(cè)表面依次制備第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述刻蝕所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層形成預(yù)設(shè)圖案，包括：

7.一種微電極陣列器件的檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括電路板、細(xì)胞培養(yǎng)室和如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的微電極陣列器件，所述細(xì)胞培養(yǎng)室固定在所述微電極陣列器件的記錄區(qū)域，所述微電極陣列器件的若干個所述微電極連接所述電路板。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)還包括信號處理模塊、電穿孔模塊和處理器，所述電路板連接所述信號處理模塊和所述電穿孔模塊，所述處理器連接所述信號處理模塊和所述電穿孔模塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電穿孔模塊包括信號發(fā)生器和電壓緩沖器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種微電極陣列器件及其制備方法和檢測系統(tǒng)，微電極陣列器件，包括基底以及設(shè)置于所述基底的一側(cè)表面的若干個微電極，若干個所述微電極沿所述基底的四周分布且形成預(yù)設(shè)圖案，每個所述微電極包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層設(shè)置于所述基底與所述第二導(dǎo)電層之間，所述第二導(dǎo)電層包括三維納米碳層，所述預(yù)設(shè)圖案包括記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域，所述非記錄區(qū)域覆蓋有絕緣層。本發(fā)明實(shí)施例基于電穿孔，實(shí)現(xiàn)多通道的胞內(nèi)動作電位檢測，降低制備工藝難度，可廣泛應(yīng)用于信號檢測技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：謝曦,徐興元,劉錚杰,陳惠琄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17