专利名称：一种集富集检测功能的微电极生物传感芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及微型分析传感器芯片的结构设计，具体地说是一种集富集检测功能的
微电极生物传感芯片，是可以进行生物样品富集和阻抗检测的具有微米结构的传感芯片。
背景技术：
随着社会对环境、健康等的关注，人们期望生物医学检测小型化、快速化。微机电 系统(MEMS)技术和电路的集成化的发展，使这一需要成为可能。目前，环境、医学临床诊断 还是以价格昂贵、时间较长、需要在中心实验室由专业人士采用大型专业仪器操作的传统 检验模式，随着微型传感器的技术进步，廉价快速的可由非专业人士现场进行操作的便携 化仪器得到了大力发展。其中，发展出一套成熟的微全分析系统一直是环境监测、生物、医 学、药物等领域学者孜孜以求的目标，而缺乏行之有效的生物粒子(直径约在10 100微 米之间)操纵及分离技术正是制约其发展的技术瓶颈。介电泳这一重要的微纳米操纵使能 技术，具有便于集成、易于控制、成本低廉等优点，非常适合对细胞、病毒、蛋白质、DNA、乳胶 微球等微纳米级微粒进行操纵、富集与分离等。然而，目前基于介电泳这一技术的生物微粒 分离后的辨别是在大型的光学显微镜下进行，这样，分离系统的微型化由于受到检测系统 的大型化的制约，使得微全分析系统仍然只能在实验室进行，无法做到走入家庭或在现场 进行分析测试。 生物阻抗谱检测技术在生物医学中已经有较广泛的应用，在微系统中集成该技术 具有重要的意义。特别是结合阻抗谱生化检测技术，在微系统中的应用具有更广阔的发展 前景。大量研究表明，采用微电极阵列进行的阻抗谱测量不仅能够区分细胞种类，还能反映 细胞的生长、迁移以及一些生理特性。然而，尽管利用微电极阵列对细胞或细菌检测是可行 的，其测试灵敏度还有待提高。检测灵敏度较低，一是因为样品的浓度较低，信号微弱；二是 因为电极极化产生寄生干扰，淹没了有用信号。采用微纳米结构的电极富集样品是解决测 试灵敏度的有效途径之一。结合介电泳技术和生物阻抗谱技术，可实现微生物颗粒、细胞或 分子水平上的生物样品的快速的实时的介电泳分离富集和检测。该介电泳技术和生物阻抗 谱技术为反应灵敏、响应快速、易于程控的微传感器提供了广阔的发展空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集富集检测功能的微电极生物传感芯片，其具有介电 泳技术和生物阻抗谱技术，能够实现生物样品的富集和阻抗检测。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是 —种集富集检测功能的微电极生物传感芯片，包括绝缘基片、金属电极和样品池， 金属电极通过引线与外电路相连；其在一个绝缘基片的上表面固接有富集电极、检测电极 和样品池；其中，围绕基片中心有两对顶端相对的金属微电极作为生物样品的富集电极，在 四富集电极顶端围成的中心部分有一对平行的电极作为样品的检测电极，两检测电极在四 富集电极各自相互间隔间通过；在六电极的上方中心部分四周，以聚合物在绝缘基片的上
3表面凸起围成一个样品池，四富集电极顶端和两检测电极的平行部分位于样品池内。
所述的微电极生物传感芯片，其所述绝缘基片为玻璃片或表面沉积氮化硅的硅片。 所述的微电极生物传感芯片，其所述两对相对的金属微富集电极，其一对富集电极的轴向与另一对富集电极的轴向正交，为金或铂金材料电极，其顶端形状是三角形、半圆形或长方形。 所述的微电极生物传感芯片，其所述一对平行的金属微检测电极，为金或铂金材料电极，其形状为条状或圆弧状。 所述的微电极生物传感芯片，其所述样品池，是捕捉和收集生物微粒的场所，其形状为圆形、方形或长方形。 本发明对生物样品的富集和检测是基于介电泳原理和阻抗测量原理的融合，被测样品滴入样品池可实现富集和检测。本发明生物传感芯片，使用方便、反应灵敏、响应快速、测试精确。
图1为本发明基于微电极的生物样品富集和检测传感芯片的俯视结构 图2为本发明基于微电极的生物样品富集和检测传感芯片的剖面结构图。
具体实施例方式
—种集富集检测功能的微电极生物传感芯片，包括绝缘基片1、金属电极和样品池4，金属电极通过引线与外电路相连；其在一个绝缘基片1的上表面固接有富集电极2、检测电极3和样品池4 ;其中，围绕基片1中心有两对顶端相对的金属微电极作为生物样品的富集电极2，在四富集电极2顶端围成的中心部分有一对平行的电极作为样品的检测电极3，两检测电极3在四富集电极2各自相互间隔间通过；在六电极的上方中心部分四周，以聚合物在绝缘基片1的上表面凸起围成一个样品池4，四富集电极2顶端和两检测电极3的平行部分位于样品池4内。 在绝缘基片1上表面固接的金属微富集电极2与金属微检测电极3互相绝缘，其各金属微电极尺寸、形状以及电极宽度均可以考虑不同工作要求具体确定。
样品池4的大小尺寸、形状可根据测量要求具体确定。
下面结合附图描述本发明的一个具体实施方案。 本实例在2X2cm2的玻璃基片1上利用lift-off (剥离工艺)工艺制作出两对相对的，且轴向正交的金属微电极作为生物样品的富集电极2，富集电极2顶端相对，富集电极2顶端围成的中心部分有一对平行的电极作为样品的检测电极3，检测电极3在两对电极的各自相互间通过；富集电极2和检测电极3为金材料制作，各金电极图形如图1所示。再在玻璃基片1上表面，于各金电极图形上方甩上2 ii m厚的SU8胶，刻出壁厚500 y m，开口面积IX lcm2的点样样品池4，本实施例的样品池4为方形。 本发明对生物样品的富集和检测是基于介电泳原理和阻抗测量原理的融合。介电泳，就是中性微粒在空间非均匀直流或交流电场的作用下，发生极化而沿场强增加或减少的方向受到净力，并在液体中进行漂移运动的现象。介电泳力正比于场强模值平方的梯度，比例因子的正负取决于微粒种类、悬浮液类型和交流信号的频率。适当选择频率大小，可以 使某种微粒趋向于场强极值点，而其他微粒远离场强极值点。本发明所设计的传感芯片，通 过适当的频率选择，四个外围的用于样品富集的微电极阵列产生的交流电场可以使介电泳 微粒集中在样品池中央，从而通过中心的平行电极实施阻抗参数的测量以实现生物微粒的 检测。
权利要求
一种集富集检测功能的微电极生物传感芯片，包括绝缘基片、金属电极和样品池，金属电极通过引线与外电路相连；其特征在于，在一个绝缘基片的上表面固接有富集电极、检测电极和样品池；其中，围绕基片中心有两对顶端相对的金属微电极作为生物样品的富集电极，在四富集电极顶端围成的中心部分有一对平行的电极作为样品的检测电极，两检测电极在四富集电极各自相互间隔间通过；在六电极的上方中心部分四周，以聚合物在绝缘基片的上表面凸起围成一个样品池，四富集电极顶端和两检测电极的平行部分位于样品池内。
2. 如权利要求1所述的微电极生物传感芯片，其特征在于，所述绝缘基片为玻璃片或表面沉积氮化硅的硅片。
3. 如权利要求1所述的微电极生物传感芯片，其特征在于，所述两对相对的金属微富集电极，其一对富集电极的轴向与另一对富集电极的轴向正交，为金或铂金材料电极，其顶端形状是三角形、半圆形或长方形。
4. 如权利要求1所述的微电极生物传感芯片，其特征在于，所述一对平行的金属微检测电极，为金或铂金材料电极，其形状为条状或圆弧状。
5. 如权利要求1所述的微电极生物传感芯片，其特征在于，所述样品池，是捕捉和收集生物微粒的场所，其形状为圆形、方形或长方形。
全文摘要
本发明一种集富集检测功能的微电极生物传感芯片，涉及微型分析检测芯片技术，包括绝缘基片、金属电极和样品池，金属电极通过引线与外电路相连；其在一个绝缘基片的上表面固接有富集电极、检测电极和样品池；其中，围绕基片中心有两对顶端相对的金属微电极作为生物样品的富集电极，在四富集电极顶端围成的中心部分有一对平行的电极作为样品的检测电极，两检测电极在四富集电极各自相互间隔间通过；在六电极的上方中心部分四周，以聚合物在绝缘基片的上表面凸起围成一个样品池，四富集电极顶端和两检测电极的平行部分位于样品池内。本发明芯片，被测样品滴入样品池可实现富集和检测。
文档编号G01N27/04GK101738463SQ20081022608
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者刘泳宏, 许静, 赵湛 申请人:中国科学院电子学研究所