[发明专利]细胞阻抗分析的芯片及仪器

说明书

技术领域

本发明属于微型传感器芯片技术领域，尤其涉及一种可以进行生物细胞阻抗检测与分析的细胞阻抗分析芯片及仪器。

背景技术

随着社会对环境、健康等的关注，人们对生物医学检测的要求越来越高。细胞水平的研究，可以获得反映生物生理状态和过程的更准确、更全面的信息，还可以使人们能更好地了解细胞群体中某些特殊的细胞功能，更深入地认识细胞个体差异、细胞间相互作用和信息传递以及神经递质、药物或毒物刺激的生理影响等更深层次的信息。细胞水平的分析具有重大而深远的意义。

由于受技术限制，生物的常规分析方法一般以大量细胞为研究对象，用平均结果反映细胞的生理信息。由于生物组织中各种化学成分分布及细胞本身的高度不均匀性，大量细胞分析常常得出不准确甚至错误的结论。因此直接分析细胞及亚细胞水平的特性十分重要。根据不同生理状态下细胞表现出不同的阻抗特性，利用MEMS工艺制作出微型多电极阻抗分析芯片，多电极采集数据，丰富了采样信息，提高了分析精度与分辨率。

参考文献1(中国专利，专利申请号：98813315)提出了一种细胞阻抗分析芯片。图1A为现有技术细胞阻抗分析芯片的示意图。图1B为图1A所示细胞阻抗分析芯片中央阻抗分析区域的放大图。请参照图1A和图1B，该细胞阻抗分析芯片包括绝缘基底、参考电极、与参考电极相连的导电布线、设置在绝缘基底上的测量微电极阵列、用于所述测量微电极布线的导电图形、连接到所述导电图形的端部的电触点、覆盖所述导电图形表面和参考电极布线的绝缘膜、和包围包含所述绝缘膜的表面上的测量微电极的区域的壁，该细胞电位测量电极在由所述壁包围的区域内培养细胞或细胞组织时用于测量电生理学活性，其中阻抗比所述测量微电极小的参考电极被分别布置在由所述壁包围的区域中的多个位置上，并位于所述测量微电极阵列之外，在所述测量区域互相绝缘，用于参考电极的电触点连接到与参考电极相连的导电图形的端部，并且其中各测量微电极之间、各参考电极之间、以及测量微电极和参考电极之间都相互绝缘。

在实现本发明的过程中，发明人发现上述的细胞阻抗分析芯片存在如下技术缺陷：(1)它是一种平面阵列排布的电极结构，只适合对具有较大尺寸的神经细胞的分析；(2)它不能够对细胞的阻抗分布进行扫描成像，对细胞内的生命活动进行动态测量分析。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种细胞阻抗分析的芯片及仪器。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种细胞阻抗分析芯片，该细胞阻抗分析芯片包括：绝缘基片，其中央位置定义为阻抗分析区域；微型金属电极阵列，形成于绝缘基片上，包括彼此绝缘的N个微型金属电极，该N个微型金属电极呈辐射状均匀分布在阻抗分析区域的圆周上，每一微型金属电极内侧的敏感部伸入阻抗分析区域内，其中N≥4；绝缘保护层，覆盖于除阻抗分析区域及微型金属电极上内侧敏感部和外侧引线部之外的其他区域；以及测量阱，形成于阻抗分析区域的四周绝缘保护层上，在该阻抗分析区域的上方形成容置待分析样品的容置区，该容置区的内半径等于或略大于阻抗分析区域半径。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述细胞阻抗分析芯片的细胞阻抗分析仪器。该仪器还包括：驱动电流模块、测量电压模块及阻抗图像重构模块；其中，驱动电流模块具有两电极，该两电极按照预设的电流驱动模块连接至N个微型金属电极中的两个微型金属电极上，用于向测量阱内的样品输入驱动电流；测量电压模块具有两电极，该两电极按照预设的电压测量模式连接至除上述两个微型金属电极之外的另两个微型金属电极上，用于测量测量阱内的样品在上述驱动电流的激励下，在该两个微型金属电极所产生的电压；阻抗图像重构模块，用于根据由多个电流驱动模式与电压测量模式的组合而获得的微型金属电极的电压，对阻抗分析区域内的样品进行阻抗图像重构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明细胞阻抗分析芯片及仪器具有以下有益效果：

(1)采用环形分布的微电极，布置在略大于细胞尺寸的测量阱周边，可以对单细胞进行阻抗测量分析。具体来讲：根据细胞的不同生理状态具有不同的电阻抗特性这一物理现象，通过对样品施加一个安全恒定的电压或电流，通过测量电极测量样品表面的电流或电压，得到内部的电阻抗分布。可以对小尺寸的单细胞进行阻抗测量分析，特别是球形或类似形状的细胞，且电极是布置在细胞的周围，对细胞分析测试干扰较小；