[发明专利]一种微纳阵列传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器、电分析化学微纳制备技术领域，特别是一种可以原位检测单细胞电生理和多种电化学神经递质信号的微纳阵列传感器及其制备方法。

背景技术

神经细胞之间的信息传递是通过神经元内部的化学神经递质和动作电位进行的。神经细胞中神经递质的释放，调节生命活动的正常进行。对神经细胞量子化神经递质释放进行实时记录是了解神经信号传导、作用机制的重要直接方式。细胞释放不正常将导致生物功能紊乱及各种疾病的产生，如老年痴呆、心血管及癌症等。因此神经递质量子释放在细胞和分子神经学、临床、病理及药理学等学科领域都具有十分重要的意义。监测细胞量子释放必须具备超高灵敏度、高选择性、高时间分辨、高空问分辨、超小体积的分析技术。对分析化学、微纳制备技术等提出了极大的挑战，也带来了机遇。因此，要开展单细胞水平的研究，分析方法须具有能处理极小体积、同时测定多种化合物，并能给出良好的定性定量的特点。

由于细胞的超微体积以及胞内单个囊泡量子释放发生的时间是毫秒级的，因此需要一种快速灵敏检测的手段才能对胞内释放情况进行实时监测。以往的研究均采用直径在微米量级的碳纤维电极或基于碳纤维的修饰电极，每次只能检测一个位点。碳纤维电极或基于碳纤维的修饰电极(CFE)由实验室人员自己制作，方法复杂，不易操作，电极质量也难以保证。CFE测量的只是直接与CFE电极尖端相接触或距离小于5μm范围内的那些小泡分泌，对于发生在细胞另一侧或距离大于5μm的小泡分泌事件CFE不能反应，不能同时检测多个细胞或多个位点。只能对细胞内单个囊泡进行分析研究。由于神经细胞直径约5～20μm，储存神经递质的囊泡直径在50～300nm之间，成千上万的囊泡在细胞内不均匀分布，而释放又是量子化的，细胞受激释放在其不同空间位点呈现不同的特性，传统的微米电极和碳纤维的修饰电极并不能检测到细胞释放的空间差异，对于尺寸更小突触间隙(＜100nm)的探测更是无能为力。超微米电极和纳米电极具有小的尺寸，使之能对更微小的生物微环境进行分析，如监测神经细胞突触间隙内的神经递质以及对细胞内单个囊泡的释放进行研究。随着微机电系统(MEMS)加工技术的发展，微电极阵列(microelectrode，MEA)提供了一种长期、多位点监测细胞的方法，常规的MEA电极直径在10～50μm，远大于囊泡和突触的量子释放尺寸，虽然可以定位到单个细胞，但是对于定位于检测突触囊泡的量子释放，在空间和时间分辨率上还是不足，不能区分单个电极上细胞不同位点释放的空间差异，难以测到实时的量子释放信号。因此需要研制尺寸更小的电极，以实现单细胞释放时空分辨监测以及深入到细胞突触间隙进行研究，在更深层次上探讨细胞释放机制。

发明内容

针对原位单细胞及释放微量物质的实时检测，为解决现有技术中存在的上述问题，即只能检测单个细胞或囊泡，一次只能检测一种神经递质、电极尺寸过大，难以在突触尺寸内进行检测，本发明提出了一种体积小、记录点多、对神经细胞无损伤、可以在二维尺度上同时检测多个记录点(同时检测多个细胞、多种神经递质)的微纳圆环电极阵列传感器。

本发明提出的一种用于同时检测多个神经细胞的神经递质的微纳圆环阵列传感器，其包括：

微纳圆环电极阵列，其为微纳圆环电极组成的阵列；

定点纳米修饰层，其位于微纳环形电极的内表面，用于增加电极性能；

特异选择反应修饰层，其通过在定点纳米修饰层的表面固定不同的特异性材料形成，用于对应检测不同细胞的不同神经递质；

选择性细胞吸附层，其形成在特异选择反应修饰层表面，用于细胞的选择性吸附。

其中，微纳圆环电极阵列是采用微机电系统技术制备的薄膜圆环电极，且微纳电极圆环电极的高度为20～500nm，周长为20～500μm.

其中，所述微纳圆环电极阵列采用多次光刻工艺制备。

其中，定点纳米修饰层采用金属或其它导电物质进行定点修饰。

其中，定点纳米修饰层采用电镀、电聚合、共聚合或微涂敷方式进行定点修饰。

其中，选择性细胞吸附层通过光刻工艺制备，通过在非电极位点上修饰憎水性硅烷材料、在微纳圆环电极的电极位点修饰亲水性氨基酸和多糖制成。

其中，其用于检测神经单细胞的电生理信号和电化学信号。

其中，其同时检测单个细胞的多种神经递质信号。

本发明还公开了一种用于同时检测多个神经细胞的神经递质的微纳圆环阵列传感器的制备方法，其包括：

步骤1、在绝缘基材上一次涂覆光刻胶，并采用光刻工艺在光刻胶上形成所需引线、触点和电极阵列图形；