专利名称：以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物工程技术领域的芯片的制备方法，具体地说，涉及 的是一种以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法。
技术背景神经芯片技术是由意大利帕多瓦大学的科学家们在2006年3月27日提出 的，该项研究有助于研发出先进的神经修复技术，用于治疗神经失调或研发出通 过活的神经细胞处理数据的有机电脑。具体的原理如下在l平方毫米大小的硅 片上安装了 16000个电子晶体管和数百个电容器，然后用在大脑中发现的一种特 别的蛋白质将脑细胞粘到芯片上，这些蛋白质也把神经细胞的离子通道和半导体 材料连在一起，这样神经细胞的电子信号便可以传送到硅芯片上。通过这种蛋白 质，神经芯片上的电子部件和活体细胞可以彼此联系，神经细胞发出的电子信号 通过芯片的晶体管记录下来，而芯片的电容器用于刺激神经细胞。经对现有技术的检索发现，斯蒂法诺 瓦萨尼利等人在美国杂志《Life Science》(《生活科学》)2006年27日发表的"Researchers get neurons and silicon talking"("研究者使得神经元与硅电路结合")，提到了基于硅基底 的神经芯片。具体如下该芯片是以单晶硅作为基底，然后在硅衬底上刻蚀出圆 孔阵列，然后在己蚀刻出的圆孔里溅射金作为与集成电路互联。这种芯片能够实 现活的脑细胞和硅集成电路有机地连在一起。但是不足之处是单晶硅片不具有良 好的生物兼容性，这将影响整个芯片的工作寿命，从而不能很好、很稳定地实现 神经芯片的功能。发明内容本发明针对现有的技术不足，提供一种以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方 法，采用聚乳酸基底代替硅基底，得到的神经芯片具有良好的生物兼容性和稳定 的工作寿命，从而解决背景技术中的不足。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤第一步，在聚乳酸基底上旋涂一层光刻胶； 第二步，对旋涂后的光刻胶进行UV曝光；第三步，曝光后将器件放入显影液中，去除未曝光的光刻胶部分； 第四步，对聚乳酸基底用NaOH刻蚀剂刻蚀出圆孔； 第五步，在聚乳酸基底圆孔里溅射金；第六步，将溅射完金的器件去除曝光过的光刻胶，同时光刻胶上的溅射金也 被剥离；第七步，化学机械平坦化，使金与集成电路电路完好互联。所述第一步，具体为用厚度为600um聚乳酸基底作为衬底，将光刻胶SU-8 胶滴于聚乳酸基底上，用台式匀胶机低速(500r/min)匀胶10s，再高速 (3000r/min)匀胶30s，得到50um厚的SU-8胶层。在温度为95。C下加热已旋 涂好的光刻胶大约10min，加热过程在电热板上完成(前烘)，冷却至室温。所述第二步，具体为根据设计的微流控芯片，用激光照排机在照相底片上 制得光刻掩膜板。将设计好的具有圆孔的掩模版置于UV (紫外)光源与光刻胶 之间，将掩膜板的图案与聚乳酸基底进行校准，调节光刻机光能量为7Mw/cm2， 通过对光刻胶进行UV曝光60s，使得掩模版上的图形转移到光刻胶上。所述第三步，具体为光刻完后，对聚乳酸基底进行冲洗、风干或者甩干， 然后在电热板上以120。C继续加热大约25min (后烘)。冷却至室温，在乙二醇乙 醚乙酸酯溶液中显影4 min，去除未曝光的光刻胶部分。所述第四步，具体为然后用ICP-DRIE对聚乳酸基底进行刻蚀，使其镂空， 形成圆柱形状的圆孔，刻蚀的速率为10um/min，刻蚀时间为60min。所述第五步，具体为在聚乳酸基底圆孔里溅射金作为与CMOS集成电路的 互连线，其中光刻胶上也将被溅射一层金；所述第六步，具体为待冷却至室温后，将第五步得到的整个器件放入丙酮 溶液中浸泡24h后去除曝光过的光刻胶中，此时去除光刻胶的同时也将去除溅射 在光刻胶上的金。由于溅射在光刻胶上的金通常是很难剥离的，通过这种 lift-off (剥离)工艺可以将该残留溅射的金剥离掉。所述第六步，具体为最后化学机械平坦化溅射的金，将CMOS集成电路芯 片与金互连线连接起来。现在的神经芯片大部分是硅基底，都不能使剥离下来的神经元细胞存活十几个小时以上，而本发明采用聚乳酸基底制备的神经芯片则能大大延长剥离下来的 神经元细胞寿命并形成神经元细胞的生长，从而为研究电信号对神经元生长提供 了极好的机会。在微电极阵列技术的基础上，将神经芯片引入体内，在生物体内 构建一个与生物组织相容的集成电路芯片，成为活体生物神经网络与集成电路技术结合的桥梁，并可与神经修复技术结合在一起，用于修复生物神经系统缺失或 退化的功能，如视觉、听觉、肌肉控制等功能。更进一步，还可利用无线通信技 术，实现生物体内神经芯片与体外控制电路之控制流、数据流的双向无线传输， 这对神经损伤、神经功能退化等病症的治疗有着积极的意义。本发明采用聚乳酸基底取代单晶硅基底，本发明与原有的神经芯片相比，既 可以实现原有的神经芯片的功能，又可以实现极强的生物兼容性，可以与任何生 物细胞连接；以及稳定的工作寿命，可以达到l年以上。
图1为本发明工艺流程示意图。其中a为在聚乳酸基底上旋涂一层光刻胶；b为对旋涂后的光刻胶进行UV 曝光；C曝光后将器件放入显影液中，去除未曝光的光刻胶部分；d为对聚乳酸 基底用NaOH刻蚀剂刻蚀出圆？L; e为溅射金；f为将溅射完金的器件去除曝光过 的光刻胶，同时光刻胶上的溅射金也被剥离；g为化学机械平坦化，使得金与CMOS 电路完好互联。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细的说明本实施在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，为本发明的工艺流程图，其中a为在聚乳酸基底上旋涂一层 光刻胶；b为对旋涂后的光刻胶进行UV曝光；c曝光后将器件放入显影液中，去 除未曝光的光刻胶部分；d为对聚乳酸基底用NaOH刻蚀剂刻蚀出圆孔；e为溅射 金；f为将溅射完金的器件去除曝光过的光刻胶，同时光刻胶上的溅射金也被剥 离；g为化学机械平坦化，使得金与CMOS电路完好互联。本实施例涉及的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，包括如下步骤第一步，用厚度为600um，边长为lcm的聚乳酸基底作为衬底，将光刻胶SU-8 胶滴于聚乳酸基底上，用台式匀胶机低速(500r/min)匀胶10s，再高速(3000r/min)匀胶30s，得到50咖厚的SU-8胶层。在温度为95。C下加热已旋 涂好的光刻胶大约10min，加热过程在电热板上完成(前烘)，冷却至室温。第二步，用CorelDraw 9. 0软件(一般公知的软件)设计微流控芯片，用高 分辨率(5080 dpi)激光照排机在照相底片上制得光刻掩膜板。将设计好的具有 圆孔的掩模版置于UV (紫外)光源与光刻胶之间，将掩膜板的图案与聚乳酸基 底进行校准，调节光刻机光能量为7Mw/cm2，通过对光刻胶进行UV曝光60s，使 得掩模版上的图形转移到光刻胶上。第三步，光刻完后，对聚乳酸基底进行冲洗、风干或者甩干，然后放在电热 板上以12(TC继续加热大约25min (后烘)。冷却至室温，在乙二醇乙醚乙酸酯溶 液中显影4min，去除未曝光的光刻胶部分。第四步，然后用ICP-DRIE (感应耦合等离子体深反应离子刻蚀)对聚乳酸 基底进行刻蚀，使其镂空，形成圆柱形状的圆孔，刻蚀的速率为10um/min，刻 蚀时间为60min，射频RF装置的电源为13. 65MHz， 3kW。第五步，在聚乳酸基底圆孔里溅射金作为与集成电路的互连线，其中光刻胶 上也将被溅射一层金，靶距在30-70mm的可调范围，射频电源的频率为13. 65MHz， 真空度为8*10-5Pa，溅射功率为200W，溅射时间为40min，基片温度为200°C， 起辉气压为3.0Pa,自偏压为400V。第六步，待冷却至室温后，将第五步得到的整个器件放入丙酮溶液中浸泡 24h后去除曝光过的光刻胶中，此时去除光刻胶的同时也将去除溅射在光刻胶上 的金。由于溅射在光刻胶上的金通常是很难剥离的，通过这种lift-off (剥离) 工艺可以将该残留溅射的金剥离掉。第七步，最后化学机械平坦化溅射的金10min，使得集成电路芯片与金互连 线连接的更好。如图1所示，本实施例得到的以聚乳酸为基底的神经芯片包括光刻胶l、聚 乳酸基底2，溅射的金4，掩模版3。将该神经芯片植入脑中，由一种蛋白质将 神经细胞的离子通道和聚乳酸基底连在一起，这样神经细胞的电子信号通过圆孔 中的金传送到神经芯片上，这样神经芯片上的电子部件和活体细胞可以彼此联 系。基于聚乳酸基底的神经芯片可以与所有的细胞实现良好的兼容，其工作寿命 远远超过硅基底神经芯片，可以达到1年以上。
权利要求
1、一种以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤第一步，在聚乳酸基底上旋涂一层光刻胶；第二步，对旋涂后的光刻胶进行UV曝光；第三步，曝光后将器件放入显影液中，去除未曝光的光刻胶部分；第四步，对聚乳酸基底ICP-DRIE刻蚀出圆孔；第五步，在聚乳酸基底圆孔里溅射金；第六步，将溅射完金的器件去除曝光过的光刻胶，同时光刻胶上的溅射金也被剥离；第七步，化学机械平坦化，使金与集成电路完好互联。
2、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第一步，具体为用厚度为600um聚乳酸基底作为衬底，将光刻胶SU-8 胶滴于聚乳酸基底上，用台式匀胶机500r/min匀胶10s，再3000r/min匀胶30s， 得到50um厚的SU-8胶层，在温度为95t:下加热已旋涂好的光刻胶10min，加热 过程在电热板上完成，冷却至室温。
3、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第二步，具体为根据设计的微流控芯片，用激光照排机在照相底片上 制得光刻掩膜板，将设计好的具有圆孔的掩模版置于UV光源与光刻胶之间，将 掩膜板的图案与聚乳酸基底进行校准，调节光刻机光能量为7Mw/cm2，通过对光 刻胶进行UV曝光60s，掩模版上的图形转移到光刻胶上。
4、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第三步，具体为光刻完后，对聚乳酸基底进行冲洗、风干或者甩干， 然后在电热板上以12(TC继续加热25min，冷却至室温，在乙二醇乙醚乙酸酯溶 液中显影4min，去除未曝光的光刻胶部分。
5、 根据权利要求l所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第四步，具体为用ICP-DRIE对聚乳酸基底进行刻蚀，镂空，形成圆 柱形状的圆孔，刻蚀的速率为10um/min，刻蚀时间为60min。
6、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征是，所述第五步，具体为在聚乳酸基底圆孔里溅射金作为与集成电路的互连线， 其中光刻胶上也被溅射一层金。
7、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第六步，具体为待冷却至室温后，将第五步得到的整个器件放入丙酮 溶液中浸泡24h后去除曝光过的光刻胶中，此时去除光刻胶的同时也去除溅射在 光刻胶上的金。
8、 根据权利要求1所述的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，其特征 是，所述第六步，具体为化学机械平坦化溅射的金，将集成电路芯片与金互连 线完好连接起来。
全文摘要
本发明涉及一种生物工程技术领域的以聚乳酸为基底的神经芯片的制备方法，步骤为第一步，在聚乳酸基底上旋涂一层光刻胶；第二步，对旋涂后的光刻胶进行UV曝光；第三步，曝光后将器件放入显影液中，去除未曝光的光刻胶部分；第四步，对聚乳酸基底用NaOH刻蚀剂刻蚀出圆孔；第五步，在聚乳酸基底圆孔里溅射金；第六步，将溅射完金的器件去除曝光过的光刻胶，同时光刻胶上的溅射金也被剥离；第七步，化学机械平坦化，使金与集成电路完好互联。本发明采用聚乳酸基底取代单晶硅基底，与原有的神经芯片相比，既可以实现原有的神经芯片的功能，又可以实现良好的生物兼容性和稳定的工作寿命。
文档编号C23C14/20GK101543660SQ20091004900
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者健 孙, 冠 张, 李以贵, 陈少军, 阳 高 申请人:上海交通大学