[发明专利]一种用于3D细胞活性及增殖能力实时监测的微腔阻抗传感器及制备方法

权利要求书

1.一种用于3D细胞活性及增殖能力实时监测的微腔阻抗传感器，其特征在于，该传感器以硅晶圆作为基底，在基底上覆盖SiO₂层，在SiO₂层上刻蚀出若干梯形微槽结构，在梯形微槽结构的侧壁上设置两个对电极，在SiO₂层的边缘设置金属接触盘，对电极通过引线连接金属接触盘，并在引线上方覆盖绝缘层，横截面为正方环形的PMMA材质腔体固定在基底上；3D细胞接种在梯形微槽结构内，与对电极接触，检测阻抗指标；

所述基底的厚度为0.52mm；所述梯形微槽结构的深度为100μm，顶部边长为400μm，坡度57.3°；所述对电极的尺寸为50μm x100μm的长方形结构，长边与梯形微槽结构的边长平行；所述腔体高度为15mm，外边长为10mm x 10mm。

2.一种基于权利要求1所述的用于3D细胞活性及增殖能力实时监测的微腔阻抗传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)选择4英寸的硅晶圆作为传感器基底，硅晶圆的晶向为1 0 0；采用标准清洗工艺技术清洗表面污渍；

(2)采用热氧化技术对基底进行表面氧化，在基底表面获得一层1μm厚的SiO₂层；

(3)在步骤(2)获得的基底上涂满光刻胶，采用正胶光刻技术及HF湿法蚀刻技术，在SiO₂层上刻蚀出直径为400μm的正方形图案；

(4)采用湿法蚀刻技术，利用质量浓度40％的KOH溶液在60℃下在步骤(3)所获的基底上蚀刻出深度为100μm的梯形微槽结构；

(5)重新进行热氧化，使步骤(4)蚀刻出的微槽内表面及基底表面均覆盖一层1μm厚的SiO₂层易于金属层溅射；

(6)利用磁控溅射技术在步骤(5)所获的基底上先溅射一层5nm厚的钛层，然后溅射一层200nm厚的金层；

(7)采用正胶光刻技术，在梯形微槽结构上保留对电极，在基底上保留引线及金属接触盘；

(8)采用PECVD技术在步骤(7)所获的基底上沉积700nm的SiN₄钝化层；

(9)采用反应离子蚀刻技术，去除梯形微槽结构对电极表面的钝化层，去除金属接触盘表面的钝化层；

(10)采用标准清洗工艺技术进行清洗，获得微腔阻抗传感器芯片；

(11)对步骤(10)所获传感器芯片进行划片，划片后将传感器芯片粘附于PCB板上，采用飞线技术将电极引线引出的接触盘与PCB板上的焊盘电气连接；

(12)将横截面为正方环形的PMMA材质腔体用环氧树脂封在芯片上，最终得到用于3D细胞活性及增殖能力实时监测的微腔阻抗传感器。

3.一种利用权利要求1所述的微腔阻抗传感器进行3D细胞活性及增殖能力实时监测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)3D细胞培养：将肿瘤细胞培养成直径100μm-300μm的3D球体细胞；具体为：

(1.1)使用质量浓度0.25％的胰酶消化细胞融合度达到80-90％的肿瘤细胞，形成细胞密度为5x10⁶个/毫升的细胞悬液；

(1.2)在细胞悬液中加入15μg/ml胶原蛋白Ⅰ型和2mg/ml甲基纤维素用以增加细胞粘附聚合能力；

(1.3)吸取35μL上述细胞悬液，滴加到细胞培养皿的盖子上，并确保每个液滴中有4000-6000个细胞；然后将盖子翻过来扣在培养皿上形成悬滴；

(1.4)24小时后，培养皿上的培养基液滴内形成3D球体细胞，离心之后使用移液枪将3D球体细胞吸出加入至微腔阻抗传感器中等待检测；

(2)3D细胞阻抗检测：将步骤(1)培养的3D球体细胞接种至微腔阻抗传感器中的梯形微槽结构内，3D球体细胞会与微槽侧壁上的对电极贴附并会引起对电极表面电子转移效率下降，使对电极的阻抗值上升，随着3D球体细胞增殖球体的直径增大，对电极的阻抗值增大，而当抗肿瘤药物作用于3D球体细胞引起细胞凋亡之后，对电极的阻抗值会下降，通过计算3D球体细胞的阻抗值变化率监测3D球体细胞的活性及增殖能力。