[发明专利]集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片及制备方法

说明书

本发明涉及生命科学半导体芯片制造的技术领域，更具体地，涉及集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片及制备方法。集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片，其中，包括：利用半导体发光器件激发荧光粉，从而获得580nm的光，并用滤波片过滤掉半导体激发光，使得最终照射生物组织的光为580nm的光；其制备过程分为光电极的制作与微电极的制作，光电极与微电极分别位于衬底的正反面，且实现对光照区域电位的精准测量，具有良好的时空精确性；在长好外延层的透明衬底正面，包括掩膜层、p极金属、n极金属、线路与PAD部分、温度传感器、介质层、荧光粉层、金属反射镜；在其背面，有滤波层，微电极层；之后，对整个器件进行封装，仅仅使光电极的PAD、微电极的尖端与PAD三个部分暴露在外面。

技术领域

本发明涉及生命科学半导体芯片制造的技术领域，更具体地，涉及集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片的制备方法。

背景技术

20世纪40年代，由于微电极和细胞内记录技术的发展，使得电生理学方面的研究取得了极大的突破，人们前所未有的实现了对个别单一神经细胞的功能活动、神经元膜的生理物理特性、以及有关个别神经元在神经元回路中的位置和作用等方面的研究。随着对神经系统认识的不断完善，人们开始尝试改善或治疗神经方面的疾病,可以通过神经的电活动来诊断疾病。不管是记录神经组织信号，还是刺激神经组织，都离不开神经电极，但其刺激的原理是通过电刺激，由于电刺激提供的强度过大，容易引起局部神经组织温度过高，从而对神经组织造成一定损害。另外，电刺激的时空精确性较差，不容易实现对特定神经细胞的精确刺激与信号记录。在这种背景下，光遗传学技术应运而生。

光遗传学技术是将光学和分子遗传学有机结合后产生的一门新兴技术，这种方法是利用光刺激光敏感通道蛋白来控制神经元的活动及功能。应用这项技术，将光敏感蛋白表达在特定神经元中，通过不同波长或频率的光刺激激活或抑制特定的神经元，来达到控制动物行为的目的。光遗传学技术避免了上述电刺激的缺点，它通过光敏蛋白在特定细胞上的表达，使得随后的光刺激局限在某一类型的特定神经元，避免影响到周围组织；而且光刺激的速度可以达到亚毫秒级，这样就可以有效地模拟正常神经元的放电现象。

目前，主要有光敏感通道蛋白(ChR2)与嗜盐菌紫质(NpHR)这2种光敏蛋白。光敏感通道蛋白(ChR2)对470nm的光刺激最为敏感，能够引起神经兴奋；嗜盐菌紫质(NpHR)对580nm的光刺激最为敏感，能够抑制神经兴奋。当前的研究主要集中于对470nm的光电极的研究，对580nm的光电极的研究较少。然而，生物研究中对580nm的光电极具有更高的需求。

当前，已有AlGaInP材料的半导体器件发出580nm的光，但基于AlGaInP材料只能生长在非透明的GaAs衬底上，因此无法实现衬底背面出光，从而不能直接在衬底背面制作微电极。对GaAs衬底进行剥离，并转移至透明衬底上可实现背面微电极的制作。然而，这种方式工艺复杂，集成度低。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片及制备方法，其集微电极与光电极于一体，在对光敏感蛋白提供光刺激的同时，精确记录对应点的电位变化。

本发明的技术方案是：集光电极与微电极为一体的集成式生物芯片，包括

利用半导体发光器件激发荧光粉，从而获得580nm的光，并用滤波片过滤掉半导体激发光，使得最终照射生物组织的光为580nm的光；其制备过程分为光电极的制作与微电极的制作，光电极与微电极分别位于衬底的正反面，且实现对光照区域电位的精准测量，具有良好的时空精确性；在长好外延层的透明衬底正面，包括掩膜层、p极金属、n极金属、线路与PAD部分、温度传感器、介质层、荧光粉层、金属反射镜；在其背面，有滤波层，微电极层；之后，对整个器件进行封装，仅仅使光电极的PAD、微电极的尖端与PAD三个部分暴露在外面。