[发明专利]聚吡咯/石墨烯修饰的双模神经微电极阵列芯片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器的微加工技术及纳米修饰技术领域，尤其是一种聚吡咯/石墨烯复合材料修饰的双模神经检测微电极阵列芯片及制备方法。

背景技术

神经系统是由神经组织构成的器官系统，是人体中最为复杂也最为重要的系统之一，其包括了数十亿的神经元和多种感官信息传递机制。单个神经元的信息传递是由电信号和递质信号共同完成的，这两类信号在神经系统中起着重要的作用。因此研究神经电生理信号和递质电化学信号的同步检测，对于神经系统的进一步研究有着重要的意义。

石墨烯目前是世上最薄最坚硬的纳米材料，常温下其电子迁移率超过比纳米碳管或硅晶体，而电阻率只约为10^-6Ω·cm，是目前世界上电阻率最小的材料，基于以上特性，石墨烯会有极好的应用前景。吡咯单体在氧化剂的存在下能比较迅速地氧化成聚吡咯，聚吡咯与其他高分子相比具有电导率高、易成膜、柔软、生物相容性好的优点，且吡咯易于和其他材料复合，所以聚吡咯在电极修饰、离子检测方面广泛地被应用。

传统上，膜片钳、玻璃微电极等是人们检测神经细胞电生理信号的常用技术，但使用这些技术电极定位困难，操作繁琐，且容易造成细胞损伤，使得无法长期监测。近年来，随着微机电系统(MEMS)加工技术的发展，微电极阵列芯片的发明使得在体或离体条件下对神经细胞的长期无损监测提供了可能，如德国Multichannel公司开发的MEA芯片，密歇根大学研发的密歇根电极等。这些电极可实现群体神经细胞电生理活动的同步检测，然而之前使用的微电极阵列没有集成电化学检测神经递质的功能且获得信号的信噪比低，这是因为裸电极或者修饰的材料灵敏度不高，检测限低，与离体组织不易接触。

发明内容

本发明的目的在于针对上述聚吡咯，石墨烯的优势和现有技术的不足，提供一种聚吡咯石墨烯复合材料修饰的双模神经检测微电极阵列芯片及其制备方法。

为实现这一目的，根据本发明的一方面，提出一种聚吡咯/石墨烯复合材料修饰的双模神经检测微电极阵列芯片，该芯片包括：绝缘基底1、多个焊盘2、多条引线3、四组微电极阵列4，其中：

所述绝缘基底1为整个芯片的载体；

所述多个焊盘2等间距地分布在所述绝缘基底1的周边；

所述绝缘基底1表面的中心位置处对称地分布有四组微电极阵列4，每组微电极阵列中均分布有四个对称矩阵式分布的、由导电薄膜材料制成的圆形微电极；

四组微电极阵列4中包括一个参比电极5，其余的为工作电极，所述工作电极中的任意一个为对电极；

所述参比电极5位于整个绝缘基底1的中心，其面积比其他工作电极至少大一个数量级；

微电极阵列4中的所有电极均分别通过引线3延伸至所述绝缘基底1的四周边缘，且所述引线3的末端与相应的焊盘2连接，所述引线3的数量、所有电极的数量以及所述焊盘2的数量均相同；

所述引线3的表面覆盖有绝缘层；

所述微电极阵列4的工作电极的表面修饰有复合敏感膜材料7。

根据本发明的另一方面，还提出一种聚吡咯/石墨烯复合材料修饰的双模神经检测微电极阵列芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，使用丙酮、乙醇或去离子水清洗绝缘基底的表面；

步骤2，在表面经过清洗的绝缘基底上旋涂一层正性光刻胶，厚度大于拟溅射导电薄膜层的三倍；

步骤3，光刻显影后形成焊盘、引线、微电极阵列的光刻胶图案；

步骤4，在所述光刻胶图案的表面溅射一层厚度为30-50nm的Ti种子层，以增加Pt导电薄膜层与所述绝缘基底的粘附性；

步骤5，在所述Ti种子层表面溅射一层厚度为250nm-350nm的微电极导电薄膜层。

步骤6，采用剥离工艺去除多余的Ti种子层和导电薄膜层，留下所需的微电极阵列、引线及焊盘；

步骤7，通过等离子体增强化学气相沉积二氧化硅、氮化硅或氮氧硅，或旋涂SU8、聚酰亚胺或聚对二甲苯的方法，在制备好导电薄膜层的基底表面覆盖绝缘层；

步骤8，通过光刻和等离子刻蚀的方法，暴露出微电极阵列及焊盘，但保留所有引线表面覆盖的绝缘层；

步骤9，使用聚吡咯石墨烯复合材料修饰所述步骤8得到的芯片。