[发明专利]一种用于3D心肌细胞胞外电位检测的高通量微腔电位传感器及检测方法

说明书

本发明公开了一种用于3D心肌细胞胞外电位检测的高通量微腔电位传感器及检测方法。本发明首先利用微加工技术设计制造了高通量3D微腔电位传感器，该传感器以4英寸硅片为基底材料，在硅基底上热氧化形成SiO2薄膜，利用掩膜版光刻形成mask，利用湿法刻蚀Si形成15个正方形微腔结构，并在微腔的四面侧壁上溅射Au形成金属层，再利用PECVD沉积Si3N4覆盖导线作为绝缘层，在加工好的微腔芯片上封装PMMA材质的腔体形成3D微腔传感器。利用悬滴法将HL‑1心肌细胞培养成3D心肌细胞微球，然后用移液枪将3D心肌细胞微球接种至高通量微腔电位传感器芯片的微腔结构内，并连接信号检测系统进行胞外电信号检测。

技术领域

本发明涉及一种细胞电位检测方法，尤其涉及一种用于3D心肌细胞胞外电位信号检测的高通量微腔电位传感器及检测方法。

背景技术

心脏是人体最重要的器官之一，其主要功能是为血液流动提供动力，把血液运行至身体各个部分从而为人体各项机理活动供能。构成心脏的基本单位是心肌细胞，其一般分为工作细胞和起搏细胞两类，其中工作细胞具有兴奋性、导电性和收缩性，在心脏跳动中起关键作用。在药物开发领域，对候选药物进行心脏毒性评价是必不可缺少的一个环节，而其中对于心脏电生理活动的毒副作用评价是一大重要内容。目前标准的心肌细胞电生理信号检测方法是膜片钳，这种方法具有低通量、高成本和倾入式检测的缺点，而目前市场上商用的微电极阵列(MEA)传感器检测方法是将心肌细胞平面二维培养在传感器芯片表面，无法真实反应细胞在体内的三维微环境，检测结果通常具有不准确性。目前国际上越来越多地使用三维培养的细胞用以药物筛选和评价，因此在心脏电生理信号检测领域，急需一种可以动态实时高通量检测3D心肌细胞电生理信号的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于3D心肌细胞胞外电位信号检测的高通量微腔电位传感器及检测方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明公开了一种用于3D心肌细胞胞外电位检测的高通量微腔电位传感器，其包括微腔电极芯片、封装在微腔电极芯片上的培养腔和PCB转接板；所述的微腔电极芯片包括硅基底、电极、金属接触盘和绝缘层；所述的硅基底上设有若干微腔结构；每个微腔结构的壁面上均布置有所述电极，所述的电极通过导线连接布置在微腔电极芯片边缘的金属接触盘；所述的绝缘层覆盖基底上方除电极和金属接触盘的区域；所述芯片上的金属接触盘与PCB转接板上的金属焊盘电气连接。

作为本发明的优选方案，所述的微腔电极芯片的微腔结构顶面为方形，剖面为倒梯形；所述微腔电极芯片上设有若干不同尺寸的微腔结构以适应不同尺寸大小的3D心肌细胞微球；每个微腔结构的四个壁面上均设置有一个所述电极，每个电极通过独立的导线连接一个独立的金属接触盘；所述的电极为Au电极。

作为本发明的优选方案，所述的培养腔为空心圆柱形微腔，其材质为PMMA。

作为本发明的优选方案，所述微腔结构的尺寸范围为300 800μm。

本发明还提供了一种所述高通量微腔电位传感器的制作方法，其包括如下步骤：

1)清洗硅基底；

2)采用热氧化工艺在步骤1)的基底上形成SiO₂薄膜；

3)在经过步骤2)处理后的基底上涂抹正性光刻胶，根据SiO₂蚀刻工艺，利用HF缓冲溶液将掩膜版上的空腔结构转移到SiO₂薄膜上；

4)采用湿法蚀刻技术，在步骤3)所获的基底上刻蚀形成倒梯形微腔结构；

5)将步骤4)所得的基底重新进行热氧化形成SiO₂层；

6)在步骤5)所得的基底上再次涂抹光刻胶并显影，将电极和导线形状转移到SiO₂掩膜上；