用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器制造技術

本發明專利技術公開了一種用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器及其監測離體小鼠心臟的表面電位的應用。本發明專利技術包括參考電極、封裝在腔體中的光源和傳感器芯片，腔體的上腔體內設有貯液槽，該貯液槽的底部為傳感器芯片的絕緣層，參考電極置于貯液槽內的測試液中，腔體的下腔體內設有放置光源的第一凹槽，在傳感器芯片的工作電極和基底的中心位置設有第二凹槽，該第二凹槽貫穿工作電極且設于基底內，第二凹槽的正上方為基底的測量區，第二凹槽與第一凹槽連通；貯液槽、基底的測量區、第二凹槽和第一凹槽的中心軸線相同。本發明專利技術易于加工和封裝、能有效用于離體小鼠心臟監測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種離體心臟電生理檢測以及用于藥物作用分析的生物傳感器，特別涉及一種檢測離體小鼠心臟的光尋址電位傳感器。
技術介紹
在藥物監測篩選中，動物活體試驗由于生物信號復雜、影響因素多、成本高，因此很難進行大批量藥物的篩選。細胞傳感器作為一種新型的傳感器，具有高通量，成本低，試驗周期短等優點，因此被大量使用在藥物的初步篩選中。但是在細胞層面的藥物作用效果跟實際的在人體和動物體內的藥物作用效果往往會有很大的不同，相比之下，在組織器官水平下的藥物篩選和動物體具有更高的相似性。目前，微電極陣列(MEA)用于離體心臟電位檢測時能夠有效地測量心臟的起搏特點以及電興奮傳導特性，但是會受到測量位點的限制，心臟必須與特定測量位點緊密接觸才能被檢測到。光尋址電位傳感器作為一種新型的半導體器件，具有高靈敏度，響應快，良好的生物兼容性，最重要的是光尋址的功能，有效地克服了 MEA等傳統電生理檢測器件的測量位點的限制，因此在細胞生理測量中得到了廣泛的應用。但是，用于細胞電位監測的光尋址電位傳感器必須采用正面照射，當此類傳感器用于心臟監測時，則由于心臟不透光而導致無法實現。背光照射的光尋址電位傳感器一般用于細胞代謝監測，用于電位信號的檢測較少，而且傳感器的硅基底厚度一般在lOOym以下，機械強度差，容易碎裂，加工和封裝難度較大。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種易于加工和封裝的用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器。 光尋址電位傳感器是基于硅基底的半導體器件，其加工過程與傳統微電子加工完全兼容。背光照射的光尋址電位傳感器需要對硅片進行減薄來提高響應，但是傳統的光尋址電位傳感器在加工過程中，硅片厚度過薄會降低芯片的機械強度，帶來很大的加工難度。為解決這個問題，本專利技術使用局部減薄的方法。 光尋址電位傳感器具有光尋址的功能，即測量點由光照區域決定，局部減薄后，控制光照區域僅在減薄區域使其成為測量區域，因此，局部減薄的光尋址電位傳感器芯片具有與整體減薄光尋址電位傳感器同樣的響應幅度。未減薄的部分作為支撐，使得局部減薄芯片的整體機械強度遠大于整體減薄的基底，因此，在加工過程中不易碎裂，具有更好的工藝兼容性。 具體地說，本專利技術解決其技術問題所采取的技術方案是該用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器主要包括參考電極、封裝在腔體中的光源和傳感器芯片，所述腔體的上腔體內設有貯液槽，該貯液槽的底部為傳感器芯片的絕緣層，參考電極置于貯液槽內的測試液中，所述腔體的下腔體內設有放置光源的第一凹槽，其特征是在所述傳感器芯片的工作電極和基底的中心位置設有第二凹槽，該第二凹槽貫穿工作電極且設于基底內，第二凹槽的正上方為基底的測量區，第二凹槽與第一凹槽連通；所述貯液槽、基底的測量區、第二凹槽和第一凹槽的中心軸線相同。 進一步地，本專利技術所述貯液槽、基底的測量區、第二凹槽和第一凹槽的內徑相等。 進一步地，本專利技術所述傳感器芯片的基底的測量區的厚度為50 lOOym。 本專利技術的光尋址電位傳感器作為監測心臟電生理狀態的應用是將該光尋址電位傳感器用于監測離體小鼠心臟的表面電位。 與現有技術相比，本專利技術的有益效果是 (1)由于設有第二凹槽，使得基底的測量區的厚度可以做得較薄以保證傳感器有較高靈敏度，而測量區以外的部分可以做得較厚以用于支持基底，從而在保證傳感器的機械強度的前提下，有效地提高其靈敏度，并減小加工和封裝時的難度。 (2)采用組合式腔體，可快速封裝，并易于更換傳感器芯片. (3)本專利技術的貯液槽、傳感器芯片的基底的測量區、第二凹槽和第一凹槽的中心軸線相同，保證了貯液槽所在區域都可做為測量點，當離體小鼠心臟放置在貯液槽內并與傳感器芯片表面任意一點形成有效接觸，則傳感器能夠響應此測量點的小鼠心臟電位變化，達到有效監測離體小鼠心臟的目的。向貯液槽內通入含有藥物的溶液，觀察傳感器檢測到的小鼠心臟生理狀態變化，則能夠有效地進行藥物作用的分析。附圖說明 下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1為本專利技術的光尋址電位傳感器檢測心臟電位的原理示意圖； 圖2為本專利技術的光尋址電位傳感器的整體結構示意圖； 圖3為本專利技術的光尋址電位傳感器記錄的離體小鼠心臟的電位信號圖(a)整體電位信號圖，(b)峰型提取結果圖； 圖4為本專利技術的光尋址電位傳感器在貯液槽中加入鹽酸胺碘酮后記錄的離體小鼠心臟的電位信號圖(a)整體電位信號圖，(b)峰型提取結果圖； 圖5為本專利技術的光尋址電位傳感器在貯液槽中加入腎上腺素后記錄的離體小鼠心臟的電位信號圖(a)整體電位信號圖，(b)峰型提取結果圖； 圖中1.心臟，2.參考電極，3.工作電極，4.基底，5. 二氧化硅層，6.氮化硅層，7.光源，8.基底的測量區，9.第二凹槽，IO.傳感器芯片，ll.貯液槽，12.第一凹槽，13.上腔體，14.下腔體，15.接線引腳，16.密封墊圈。具體實施例方式(1)傳感器芯片的制備 本專利技術選取n型的硅片作為基底材料，化學清洗后進行光刻和濕法腐蝕將硅基底背面中心圓形的區域減薄。減薄完成后將硅片氧化形成二氧化硅，然后用PECVD沉積氮化硅?？涛g去除硅片背面的Si0ySi3N4后，在背面濺射金屬并刻蝕去除掉減薄區域部分后作為工作電極3，制備好的光尋址電位傳感器芯片劃為小正方形作為實驗單元。在圖2所示的實施例中，通常選取的硅基底厚度為400 500 ii m，電阻率一般選在10 Q wm左右，制備好的單個傳感器芯片10的尺寸可為lcmX lcm，從正面到反面依次為氮化硅層6 (絕緣層)、氧化硅層5 (絕緣層)、基底4和工作電極3。氮化硅層6的厚度一般為50 100nm ;氧化硅層5 厚度一般為30 50nm ;工作電極3 —般采用鋁或者金，厚度一般為300nm。傳感器芯片10 的工作電極3和基底4的中心位置設有第二凹槽9。第二凹槽9貫穿工作電極3并延伸至 基底4內但不貫穿基底4，使得在基底4內與第二凹槽9正對的未被貫穿的部分形成基底的 測量區8。第二凹槽9的直徑一般在6mm左右。基底的測量區8的厚度一般控制在100 y m 以下以保證測量靈敏度，厚度高于100 ii m會導致光在基底傳播的大量損耗，引起靈敏度的 下降。當基底的測量區8的厚度為50 100 ii m時，本專利技術光尋址電位傳感器同時兼具較 高的靈敏度和機械強度。 (2)本專利技術光尋址電位傳感器的封裝 在圖2所示的實施例中，光尋址電位傳感器的封裝為上下組合式，傳感器芯片在 加工成正方形的小單元后，無需附加處理便能直接組合封裝在腔體內，方便了芯片的更換 以及清洗。 傳感器芯片10封裝在腔體內時，傳感器芯片10正面的氮化硅層6通過密封墊圈 16與上腔體13密封連接，背面的工作電極3與下腔體14緊密耦合形成良好接觸。上腔體 13設有貯液槽ll，貯液槽11的底部為傳感器芯片10的氮化硅層6(絕緣層)，參考電極2 置于貯液槽11內。下體14內設有第一凹槽12，第一凹槽12與第二凹槽9連通使第一凹 槽12內的光源7能直接照射到基底的測量區8。貯液槽11、基底的測量區8、第二凹槽9和 第一凹槽12必須保持中心軸線相同。若使貯液槽11、基底的測量區8、第二凹槽9和第一 凹槽12的內徑相等，可保證與貯液槽11所在區域相對的傳感器芯片10的表面均為有效測 量區域；且所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器，它包括參考電極、封裝在腔體中的光源和傳感器芯片，所述腔體的上腔體內設有貯液槽，該貯液槽的底部為傳感器芯片的絕緣層，參考電極置于貯液槽內的測試液中，所述腔體的下腔體內設有放置光源的第一凹槽，其特征是：在所述傳感器芯片的工作電極和基底的中心位置設有第二凹槽，該第二凹槽貫穿工作電極且設于基底內，第二凹槽的正上方為基底的測量區，第二凹槽與第一凹槽連通；所述貯液槽、基底的測量區、第二凹槽和第一凹槽的中心軸線相同。

【技術特征摘要】
一種用于離體小鼠心臟監測的光尋址電位傳感器，它包括參考電極、封裝在腔體中的光源和傳感器芯片，所述腔體的上腔體內設有貯液槽，該貯液槽的底部為傳感器芯片的絕緣層，參考電極置于貯液槽內的測試液中，所述腔體的下腔體內設有放置光源的第一凹槽，其特征是在所述傳感器芯片的工作電極和基底的中心位置設有第二凹槽，該第二凹槽貫穿工作電極且設于基底內，第二凹槽的正上方為基底的測量區，第二凹槽與第一凹槽連通；所述貯液槽、基底的測量區、第二凹槽和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王平，余輝，劉清君，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]