[发明专利]一种用于原位细胞电化学和显微检测的微电极阵列电解池

说明书

技术领域

本发明涉及一种静态和流动的电解池，特别涉及一种集成钛微电极阵列芯片，可作为在生物材料表面细胞培养过程进行原位电化学和显微方法联合检测的电解池。

背景技术

微电极阵列(Micro electrode array，MEA)芯片可实现生物材料与细胞相互作用的高通量电化学研究。通过在玻璃、硅基底材料或柔性聚合物材料表面用MEMS加工技术将Au、Ir或Pt等金属沉积在其表面形成电极和引线，采用钝化层保护引线，在电极上暴露与细胞接触区域，制成MEA，传输并记录细胞动作电位频率、幅度、波形以及细胞网络间信号传播速度等参数。由于其具有制作简单、生物相容性佳、可与传统显微镜观察并行使用等优点，目前在细胞传感器研究领域得到了广泛应用。利用超微电极阵列还可通过对单个细胞进行多位点刺激，实现在时域和空间域两个方面对细胞的研究。微电极阵列将几十甚至上百个电生理检测通道集成在同一基底上，电极尺寸、间距一致性好，体积小，空间分辨率高，可制备成各种形式，分别适用于动物体内或离体细胞电生理信号的多通道同步记录。微电极可以很方便地与各种纳米修饰技术进行结合，从而改善微电极性能，满足其生物相容性、长效性以及信噪比的需要。不少文献报道应用MEA开展神经元、视网膜、心肌细胞、内皮细胞、乳癌细胞和类成骨细胞等的电化学检测，并且市场上出现了商品化的MEA及其专用的电解池。但是，目前的研究和商品主要以金的微电极阵列为主，仍然还未发现相关文献报道关于钛的微电极阵列及其在生物材料与细胞相互作用方面的电化学应用研究。而且其专用的电解池存在各种问题：或者无法进行细胞培养，或者只能进行单纯的电化学检测而无法联用显微镜观察，或者电解池溶液用量较大，或者使用的电解池加工材料比较贵，或者电解池加工程序复杂，或者需要在MEA上直接进行繁琐的电路焊接，或者需要对电解池进行粘合胶包封等。本发明涉及的钛微电极阵列芯片专用的电解池解决了上述问题。细胞与生物材料相互作用的原位电化学研究具有体系复杂、实验难度大、操作程序多、实验周期长等特点，亟需发展高通量的生物芯片技术。钛MEA芯片用于细胞-材料相互作用的电化学研究，其优点在于钛金属材料本身生物相容性好、钛金属表面还易进行各种涂覆、沉积、组装等生物学改性和修饰、钛材料还价廉易得。微电极阵列芯片的高通量特性展示了许多优势。芯片集成的多个微电极端口一方面可一次性地获得多组具有重现性的实验数据，便于细胞的统计分析；另一方面提供了不同的电流控制点，便于进行不同的表面电化学修饰，产生不同的研究表面。同时，适当尺寸的微电极可进行细胞定位和计数。应用电化学交流阻抗谱可实时研究细胞和医用金属生物材料的相互作用。目前已经存在关于钛板或钛箔表面细胞的原位电化学监测电解池([10]S.Hiromoto，K.Noda，T.Hanawa，Corros.Sci.，44(2002)；[11]S.Hiromoto，K.Noda，T.Hanawa，Electrochim.Acta，48(2002)。)。但是，还未有相关的文献报道结合钛MEA芯片并应用于细胞和生物材料相互作用研究的小型电解池。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于原位细胞电化学和显微检测的微电极阵列电解池。

本发明设有钛微电极阵列(MEA)芯片、细胞培养槽(或细胞培养室)和外接线路；所述钛微电极阵列(MEA)芯片自下至上设有基底、钛膜层和绝缘保护层，所述钛微电极阵列上设有连接导线；所述外接线路设有集成电路板的插槽端口、金属夹子和导线，所述钛微电极阵列芯片两侧直接插入插槽端口中，所述钛微电极阵列的各个微电极分别与插槽端口和导线导通。

所述钛微电极阵列可由4×4个尺寸大于40μm的钛微电极组成；所述基底可采用玻璃基底；所述钛膜层的厚度可为20～30nm，钛膜层具有一定的透光性和导电性；为了便于钛微电极阵列与外接导线连接，微电极阵列上的连接导线末端的宽度可为2mm，连接导线的间隔可为2mm。

所述钛微电极阵列芯片可采用以下方法制备：

将钛微电极阵列打印在透明塑料膜上，再通过光刻和湿法刻蚀技术制得。

所述细胞培养槽(或细胞培养室)可采用静态细胞培养槽或流动细胞培养室两种设计方案。

对于静态细胞培养槽，在微电极阵列芯片中间，可使用厚度都约为2mm的硅橡胶垫片和聚丙烯塑料，通过螺丝钉和螺母机械固定，形成一个直径为6mm的敞露静态细胞培养槽。Pt对电极和Ag/AgCl参比电极可以直接插入静态细胞培养槽中，进行电化学测量。该静态细胞培养槽在灭菌后可以放置于细胞培养皿，并在细胞培养箱中进行细胞培养。