[发明专利]基于MEMS工艺的细胞微阵列结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于细胞生物学研究的细胞微阵列结构，尤其涉及采用MEMS工艺制作在硅基衬底上的不同细胞微阵列。属于微电子机械系统领域。

背景技术

目前，细胞与衬底之间的相互作用在生物与化学界引起了巨大的关注。对于生物传感、植入式生物材料以及组织工程领域而言，如何控制细胞在特定的区域黏附是急需解决的一个问题。具有纳米粗糙度的表面结构(比如纳米针、纳米突起以及纳米孔等)对细胞有黏附作用，这些纳米结构已经可以通过一系列方法实现，包括纳米压印、电子束纳米光刻以及注塑等方法。

以微机电系统(MEMS)为基础的细胞微阵列芯片受到科研人员广泛重视。通过微加工技术在基底上构建微尺度的图形结构，并通过物理化学修饰对表面进行改性，使得细胞在特定区域实现选择性黏附，从而形成有序的细胞微阵列。在细胞微阵列芯片上通过对培养环境的控制或者对黏附区域的特定设计，分析细胞的生长行为变化及相关成分的改变，可进行对细胞分化、转染、细胞间通讯等生物学和基因组文库筛选、药物筛选等医学研究。与荧光分析手段和计算图像处理技术相结合，二维平面的细胞阵列芯片具有便捷聚焦、高通量筛选和快速数据处理的优点，提高了实验效率；同时实现了实验平台的小型化，有效降低了科研成本。

发明内容

为了克服生物学上的药物筛选等传统实验分析方法具有需要大数量的样本以及无法进行实时分析的缺点，本发明提供一种基于MEMS工艺的细胞微阵列结构制备方法，该方法至少包括以下步骤：

1)提供一硅衬底；

2)在所述硅衬底上表面旋涂光刻胶，光刻并显影形成图形化阵列结构；

3)采用DRIE刻蚀工艺在所述硅衬底上形成硅微纳米线；

4)进行热氧化，形成氧化硅层。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤3)采用DRIE刻蚀工艺在所述硅衬底上形成硅微纳米线的具体工艺如下：采用DRIE刻蚀工艺在所述硅衬底上形成深槽，该深槽中形成有若干直径为200-1000纳米，高度11-12微米的硅微纳米线。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤1)中的硅衬底为SOI硅片。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤3)采用DRIE刻蚀工艺在所述硅衬底上形成硅微纳米线的具体工艺如下：采用DRIE刻蚀工艺刻蚀至SOI硅片的埋层氧化层，形成柱状结构；去除光刻胶后再次进行DRIE刻蚀工艺，在所述柱状结构上形成硅微纳米线。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤1)中的硅衬底为单面抛光(100)晶向n型单晶硅片。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤1)中还包括清洗硅衬底的步骤。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤2)中图形化阵列结构为圆形阵列，每个圆半径为10um，相邻圆心距为40um。

本发明还提供一种细胞微阵列结构。

本发明采用工艺成熟的MEMS技术，实现简易快速地制备不同的微阵列结构，微阵列结构制作完成后，划片取得所需大小的微阵列芯片，将微阵列芯片放入细胞培养液中进行细胞黏附培养，细胞会自动粘附生长在经过处理的超亲水纳米氧化硅区域，最终得到所设计的定点可控的细胞微阵列结构。

附图说明

图1a-1b为本发明所述槽型结构示意图。

图2a-2b为本发明所述柱型结构示意图。

图3为本发明所述槽型结构制作流程示意图。

图4为本发明所述槽型结构SEM图。

图5为本发明所述槽型结构的细胞黏附荧光图。

图6为本发明所述柱型结构制作流程示意图。

图7为本发明所述柱型结构SEM图。

元件标号说明

硅衬底             3

图形化光刻胶       4、8

硅微纳米线             5、10

氧化硅层               6、11

柱状结构               9

非微阵列结构区域       2

圆形阵列               1

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。