本发明涉及一种集成生物传感器芯片。
背景技术
在药物开发、病理研究和疗法研究的过程中，需要测量大量的代谢产物、给予复杂的外界刺激；实时的电化学测量检测方法相对于传统的免疫荧光染色等方法而言存在着测量准确、快速便捷的优势。
目前的生物传感器含针脚在内都是片式结构，面积大而单元少，很难实现多参数的同时测量，因此不能满足高通量的需求，限制了药物开发、病理研究和疗法研究的效率。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成生物传感器芯片，在一个小面积集成芯片上同时实现多种生物信号在不同参数条件的实时测量，具备耗时短、响应快、高通量、低成本等优势。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种集成生物传感器芯片，包括：
基板，其上包含通孔阵列，优选为pcb电极基板；
若干个电极针脚，插入所述基板的通孔，固定在所述基板中；
若干个电极镀层，镀于所述电极针脚的上端面，形成电极单元；
若干个促电化学反应酶包被层，包被在所述电极镀层的上表面，依据待测物质的不同而不同，所述酶包被层用于促进待测物相关的电化学反应发生，产生电信号，优选包括响应待测物浓度的电信号；
培养隔离支架，贴合在所述基板上，在不覆盖所述电极镀层的情况下形成分隔腔室，每个分隔腔室中含有由两个以上电极单元组成的一个传感器单元；
与所述传感器单元的数量相同的仿生组织单元，位于所述分隔腔室中，用于提供仿生组织及培养液环境，能够代谢产生待测产物，优选地，通过添加理化刺激，实现仿生组织单元的环境控制，模拟药物反应、疗法反应和病理反应。
进一步地：
所述通孔为沉头通孔，所述电极针脚与所述沉头通孔相适配，所述电极针脚的下部穿过所述沉头通孔的细孔端，所述电极针脚的上部固定在所述沉头通孔的粗孔端，优选地，孔的尺寸为粗端长度0.05～0.2mm、直径φ0.6～1mm，细端长度1～2mm、直径φ0.1～0.5mm。
所述传感器单元包括三个电极单元，分别为一个工作电极、一个对电极和一个参比电极，或者包括两个电极单元，分别为一个工作电极和一个对电极。
在所述工作电极上的所述电极镀层的材料为au，在所述参比电极和所述对电极上的所述电极镀层的材料为ag和agcl。
所述沉头通孔阵列在横纵方向上等距设置，优选地，孔距为0.6～1mm。
所述电极针脚与所述通孔的配合方式为间隙配合，通过钎焊/热熔胶实现粘合，优选的，针脚细端长度超出细端孔的长度1～2mm。
所述电极镀层采用蒸镀，优选地，所述电极针脚的材料为镀金铜。
所述培养隔离支架通过增材制造的方法打印在所述基板上。
所述仿生组织单元包括含细胞的生物支架、细胞微球、活体切片和/或细胞凝胶，所述工作电极可以实现氧气、葡萄糖、乳酸、白蛋白、ph、尿素的测量。
所述促电化学反应酶包被层通过微滴喷射打印/水凝膜贴敷的方式包被在所述电极镀层上，所述电极镀层上的所述促电化学反应酶包被层在损耗后，可以在清洗之后重新包被新的促电化学反应酶包被层，实现所述电极单元的重复使用。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
本集成生物传感器芯片可以在一个小面积上集成大量相同/不同的生物传感器单元，实现仿生组织代谢相关的同一/不同物质在多样化的理化刺激下的代谢情况的实时、同时测量，可以应用于高通量、批量化的药物筛选、病理研究和疗法研究，相对于传统的生物传感器而言具备高通量、耗时短、响应快的优势，能够满足药物开发、病理研究和疗法研究过程中的高通量需求。
而且，该芯片单元通过促电化学反应酶包被层的使用、溶解和重新包被，可以实现贵金属的重复使用，降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明一种实施例的集成生物传感器芯片的分解示意图；
图2为本发明一种实施例的集成生物传感器芯片的组装状态示意图。
图3为本发明一种实施例的应用系统简图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种集成生物传感器芯片，包括一个基板6、若干个电极针脚5、若干个电极镀层4、若干个促电化学反应酶包被层3、一个培养隔离支架2、与所述传感器单元8的数量相同的仿生组织单元1，基板6包含通孔阵列，优选为pcb电极基板6；若干个电极针脚5插入所述基板6的通孔，固定在所述基板6中；若干个电极镀层4镀于所述电极针脚5的上端面，形成电极单元；若干个促电化学反应酶包被层3包被在所述电极镀层4的上表面，依据待测物质的不同而不同，所述酶包被层3用于促进待测物相关的电化学反应发生，产生电信号，优选包括响应待测物浓度的电信号；培养隔离支架2贴合在所述基板6上，在不覆盖所述电极镀层4的情况下形成分隔腔室，每个分隔腔室中含有由两个以上电极单元组成的一个传感器单元8；仿生组织单元1位于分隔腔室中，用于提供仿生组织及培养液环境，能够代谢产生待测产物，优选地，通过对仿生组织单元1添加理化刺激，实现仿生组织单元1的环境控制，模拟药物反应、疗法反应和病理反应。
在优选实施例中，所述通孔为沉头通孔，所述电极针脚5与所述沉头通孔相适配，所述电极针脚5的下部穿过所述沉头通孔的细孔端，所述电极针脚5的上部固定在所述沉头通孔的粗孔端，优选地，孔的尺寸为粗端长度0.05～0.2mm、直径φ0.6～1mm，细端长度1～2mm、直径φ0.1～0.5mm。
在优选实施例中，所述传感器单元8包括三个电极单元，分别为一个工作电极、一个对电极和一个参比电极，或者包括两个电极单元，分别为一个工作电极和一个对电极。
在优选实施例中，在所述工作电极上的所述电极镀层4的材料为au，在所述参比电极和所述对电极上的所述电极镀层4的材料为ag和agcl。
在优选实施例中，所述沉头通孔阵列在横纵方向上等距设置。在一个较佳实施例中，孔距为0.6～1mm，优选0.8mm。
在优选实施例中，所述电极针脚5与所述通孔的配合方式为间隙配合，通过钎焊/热熔胶实现粘合。
在优选实施例中，针脚细端长度超出细端孔的长度1～2mm。
在优选实施例中，所述电极镀层4采用蒸镀方式形成。
在优选实施例中，所述电极针脚5的材料可以为镀金铜。
在优选实施例中，所述培养隔离支架2通过增材制造的方法打印在所述基板6上。
根据不同的实施例，所述仿生组织单元1可以包括含细胞的生物支架2、细胞微球、活体切片和/或细胞凝胶，所述工作电极可以实现氧气、葡萄糖、乳酸、白蛋白、ph、尿素的测量。
在优选实施例中，所述促电化学反应酶包被层3可以通过微滴喷射打印/水凝膜贴敷的方式包被在所述电极镀层4上，所述电极镀层4上的所述促电化学反应酶包被层3在损耗后，可以在清洗之后重新包被新的促电化学反应酶包被层3，实现所述电极单元的重复使用。
图1为一个具体实施例的分解简图。该实施例由一个pcb基板6、若干个电极针脚5、若干个电极镀层4、若干个促电化学反应酶包被层3、一个培养隔离支架2和若干个仿生组织单元1组成。组装过程为：将电极针脚5插入pcb基板6上的阵列孔中，对齐细端面后通过热熔胶/钎焊固定，而后通过蒸镀的方法在电极针脚5的上端面上镀上电极镀层4，再使用生物相容性良好的材料——包括plga、se1700、pdms、pmma等——通过增材制造的方法在pcb基板上打印培养隔离支架2，培养隔离支架2在不覆盖电极镀层的情况下形成分隔腔室，此后通过微滴喷射/水凝膜贴敷的方法在工作电极的电极镀层4上贴上促电化学反应酶包被层3，向各分隔腔室中放入生物支架、细胞微球、活体切片和/或细胞凝胶等仿生组织单元1并灌注培养液淹没仿生组织单元，完成集成生物传感器的组装。
图2为一个具体实施例的装配简图。装配完成后，传感器单元8的个数与腔室的个数相同，腔室中包含2个/3个电极单元7，包含一个工作电极，一个对电极和一个/零个参比电极；每一个电极单元7由一个电极针脚5、一个电极镀层4组成，工作电极上额外有一个促电化学反应酶包被层3。组装完成后，向腔室中加入药物/病毒/癌细胞/生长因子等刺激，并于培养箱中培养。
图3为一个具体实施例的应用系统简图。在集成生物传感器芯片与培养箱中培养一段时间后，在需要观测待测物浓度时，从培养箱中取出传感器芯片，安装在于电化学工作站10连接的面包板9上，即可实现数据的读取。观测完成后从面包板上取下放回培养箱。重复观测和培养的过程。直至完成整个测量过程后，倒掉分隔腔室中的仿生组织1及培养液，使用有机溶剂进行超声清洗，去除促电化学反应酶包被层后，再次贴敷新的酶包被层后，即可再次使用。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。