[发明专利]一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器

说明书

本发明公开了一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器。包括传感器芯片、传感器阵列、片上裸露源极和片上裸露漏极；传感器芯片表面中心设有传感区域，传感区域中间布置有传感器阵列，传感器阵列是由多个场效应管传感结构紧密阵列均布而成，传感器芯片表面边缘布置有一个片上裸露源极和多个片上裸露漏极，各个场效应管传感结构的源极均连接到同一片上裸露源极，每个场效应管传感结构的漏极连接到不同的片上裸露漏极。本发明能够不损伤地维持测量期间较长时间内细胞正常的生理活动，能够调节初始沟道，能够测量可正可负的细胞膜电位变化，可有效防止培养液中离子对场效应管的腐蚀，提高了稳定性和耐久性。

技术领域

本发明属生物技术领域，涉及一种生物传感器，特别是涉及了一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器。

背景技术

细胞是生物体的基本组成单元。细胞外围有一层主要由液态脂质双分子层和蛋白质组成的细胞膜，将细胞与胞外环境分隔开。细胞膜两侧的离子浓度分布不均匀，如多数动物细胞内Na⁺、Cl^-、Ca²⁺等离子浓度低于胞外浓度，而K⁺浓度高于胞外浓度，这导致膜两侧存在电位差，称为细胞的膜电位。膜电位可分为静息电位和动作电位。当细胞未受到外来刺激且保持正常的新陈代谢时，其膜电位表现为外正内负，即细胞膜内较细胞膜外为负值，，且电位差稳定在某一相对恒定的水平，称为细胞的静息电位；当细胞受到刺激时，在静息电位的基础上会发生短暂的电位变化，包括一个上升相和一个下降相，这种电位变化称为细胞的动作电位。由于膜电位反映了细胞膜离子通道的通闭、离子的转运等等，在神经信息传递、生命调控、细胞通讯等一系列生命过程中起着重要的作用，因此，细胞膜电位检测技术的研究具有重大意义。

1991年Fromherz等在Science上发表文章，提出了用场效应晶体管检测单个神经细胞的电活动，并制作出了4x4的“裸露”栅极晶体管阵列，在测量水蛭的Retzius神经细胞时，成功利用了细胞内信号的约25％。2006年，朱大中利用0.6μmCMOS工艺研制了集成有传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器和数字控制的电路，实现了传感和信号处理的集成化，电位范围0.1～5mV。

发明内容

为了能够在较长时间范围内准确测量细胞正常生理活动时的膜电位，本发明为细胞提供了正常的离体生长环境，通过耦合贴附在场效应管阵列表面细胞的膜电场，调节漏极电流，能够在经过外部信号处理电路后得到膜电位信息。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括传感器芯片、传感器阵列、片上裸露源极和片上裸露漏极；传感器芯片表面中心设有传感区域，传感区域中间布置有场效应的传感器阵列，传感器阵列是由多个相互独立的场效应管传感结构紧密阵列均布而成，传感器芯片表面边缘布置有一个片上裸露源极和多个片上裸露漏极，各个场效应管传感结构的源极均连接到同一片上裸露源极，每个场效应管传感结构的漏极连接到不同的片上裸露漏极，片上裸露漏极的数量和场效应管传感结构的漏极数量相同。

所述的片上裸露源极和片上裸露漏极作为裸露的引出电极。

所述的衬底采用N型硅半导体。所述的传感器芯片制作在N型硅半导体的衬底上。