[发明专利]一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片，其特征在于，所述芯片包括两层，第一层微电极阵列芯片(a)包括：绝缘基底(1)、检测电极阵列(2)、刺激电极(3)、对电极(4)、电极引线(5)、触点(6)及表面绝缘层(7)；第二层微流控芯片(b)包括：细胞培养槽(8)、微流道(9)以及一组用于控制神经元定向生长的微沟道(10)；所述微电极阵列芯片与微流控芯片通过离子体键合进行封装；

所述绝缘基底(1)是整个微电极阵列芯片(a)的载体；检测电极阵列(2)分三组，分别位于微沟道(10)的输入端、输出端和中央；刺激电极(3)位于输入端检测电极的周围；且检测电极阵列(2)周围设有对电极(4)；对电极(4)、刺激电极(3)与所述检测电极阵列(2)均通过引线(5)延伸并连接到绝缘基底外围的触点(6)；所有引线(5)表面均覆盖有绝缘层(7)；微流控芯片(b)中的细胞培养槽(8)用于培养细胞；微流道(9)连接细胞培养槽(8)和微沟道(10)；微沟道(10)限制神经细胞的胞体通过并引导轴突定向生长；微电极阵列芯片(a)与微流控芯片(b)通过键合的方式固定封装，形成一个能引导神经细胞定向生长并实现逻辑功能的芯片。

2.根据权利要求1所述的一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片，其特征在于：所述绝缘基底(1)的材料选用石英玻璃、聚氯乙烯或聚碳酸酯其中之一；绝缘基底(1)边长为20-50mm,厚度为1-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片，其特征在于：所述检测电极阵列(2)中的检测电极由45-108个圆形微电极构成，直径为10-30μm，微电极的间距为100-500μm，可用于神经电生理信号；微电极阵列芯片有15-36对弧形刺激电极，环绕在输入端的检测电极上，可用于电刺激细胞实现神经元放电的兴奋或者抑制。

4.根据权利要求1所述的一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片，其特征在于：所述对电极(4)的数量为2-4个，用于提供参考电位并保持电位稳定。

5.根据权利要求1所述的一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片，其特征在于：所述微电极阵列芯片(a)选用的导电薄膜材料是金、铂、氮化钛或铟锡氧化物其中之一；绝缘层(7)所使用材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺或聚对二甲苯其中之一。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种集成微流控、微电极阵列的神经元非门逻辑功能芯片的制备方法，其特征在于，其包括：制备第一层微电极阵列芯片(a)和制备第二层微流控芯片(b)；

制备第一层微电极阵列芯片(a)的方法包括如下步骤：

1)在经过清洗过的绝缘基底(1)上旋涂一层光刻胶，厚度大于拟溅射导电薄膜的三倍，光刻显影后形成检测电极阵列(2)、刺激电极(3)、对电极(4)、引线(5)和触点(6)的图案；

2)在光刻胶图案表面溅射一层厚度250nm-500nm的导电薄膜，可选地在所述在光刻胶图案表面溅射一层厚度250nm～500nm的导电薄膜之前预先溅射10nm-50nm的Cr或Ti种子层，以增加导电薄膜层与基底的粘附性；

3)采用剥离工艺去除多余导电薄膜层，留下所需电极、引线(5)及触点(6)；

4)通过等离子体增强化学气相沉积氧化硅和/或氮化硅，或旋涂SU8、聚酰亚胺、聚对二甲苯的方法，在制备好导电薄膜层的绝缘基底(1)表面覆盖绝缘层，通过光刻或等离子束刻蚀的方法，暴露出检测电极阵列(2)、刺激电极(3)、对电极(4)及触点(6)，保留所有引线(5)表面覆盖的绝缘层；

5)在所述对电极(4)表面，采用光刻、溅射、剥离的工艺，制备厚度200-500nm的铂金属薄膜层，若步骤2)中微电极导电薄膜已选用铂，则可以省略本步骤；

6)通过电化学沉积或物理滴涂、吸附的方法，在设定不同功能的微电极表面修饰纳米材料或敏感膜材料。