一种纳米支化微电极阵列器件及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115684309A(43)申请公布日2023.02.03(21)申请号202211319302.6(22)申请日2022.10.26(71)申请人浙江大学杭州国际科创中心地址311200浙江省杭州市经济技术开发区萧山区建设三路733号(72)发明人胡宁韩昊特秦春莲(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224专利代理师沈金龙(51)Int.Cl.G01N27/327(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种纳米支化微电极阵列器件及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种纳米支化微电极阵列器件及其制备方法和应用。本发明通过结合水热生长和标准微加工的工艺，开发了一种独特的纳米支化微电极阵列，三维纳米支化结构具有高纵横比可以与心肌细胞形成紧密的耦合，减少信号泄露，同时可以在低电压下进行细胞电穿孔，获得高质量的细胞内信号。本发明所制备的纳米支化微电极阵列器件可以实现长时细胞内记录。高纵横比的纳米支化结构创造了紧密的细胞‑电极界面，允许多个位点的电穿孔，并延迟了电穿孔后细胞膜的封闭，从而延长了电极细胞内访问的时间，实现了长时细胞内记录。CN115684309ACN115684309A权利要求书1/2页1.一种纳米支化微电极阵列器件，其特征在于，包括纳米支化微电极阵列芯片，所述纳米支化微电极阵列芯片以玻璃作为基底，先在基底顶面确定纳米支化结构的生长区域，再在生长区域通过磁控溅射一层ZnO作为种子层，再通过水热生长制备纳米支化结构，所述基底顶面还具有图案化导电层，图案化导电层包括伸入纳米支化结构所在区域的电极、设于基底顶面非纳米支化结构所在区域的连接垫，以及用于将电极与连接垫一一导电连接的导线；所述基底顶面还设有用于对各电极及导线进行绝缘的绝缘层，其中电极在位于纳米支化结构所在区域的部分具有未进行绝缘的检测区；所述纳米支化微电极阵列芯片顶面固定有培养环，培养环与纳米支化微电极阵列芯片顶面配合形成用于心肌细胞培养的培养腔，所述培养腔囊括所述纳米支化结构所在区域，所述纳米支化微电极阵列芯片底面固定在PCB适配器上，纳米支化微电极阵列芯片上的连接垫与PCB适配器的各通道一一对应导电连接。2.根据权利要求1所述纳米支化微电极阵列器件，其特征在于，作为种子层的ZnO层厚度为1～4nm；纳米支化结构的高度为800～1000nm，直径为100～200nm。3.根据权利要求2所述纳米支化微电极阵列器件，其特征在于，水热生长制备纳米支化结构时，在硝酸锌和六亚甲基四胺混合水溶液中反应，反应温度为90℃，反应时间2.5h，其中，硝酸锌和六亚甲基四胺混合水溶液中硝酸锌和六亚甲基四胺的浓度均为20～40mM。4.根据权利要求1所述纳米支化微电极阵列器件，其特征在于，所述图案化导电层还包括位于纳米支化结构所在区域外的参考电极，每个参考电极也同样导电连接一个连接垫，连接参考电极的连接垫与PCB适配器上用于传输参考电极信号的通道一一对应导电连接，所述参考电极的至少部分位于所述培养腔内。5.根据权利要求1所述纳米支化微电极阵列器件，其特征在于，所述培养环通过聚二甲基硅氧烷固定在所述纳米支化微电极阵列芯片顶面；所述纳米支化微电极阵列芯片底面通过聚二甲基硅氧烷固定在PCB适配器表面。6.权利要求1～5任一所述纳米支化微电极阵列器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备纳米支化微电极阵列芯片，具体包括以下步骤：(1.1)以玻璃作为基底，通过旋涂光刻胶、烘干、光刻机曝光、显影在基底顶面中间区域确定纳米支化结构的生长区域；(1.2)在生长区域通过磁控溅射一层ZnO作为种子层，再通过水热生长制备纳米支化结构；(1.3)在制备好纳米支化结构的基底顶面制备图案化导电层，图案化导电层包括伸入纳米支化结构所在区域的电极、设于基底顶面非纳米支化结构所在区域的连接垫，以及用于将电极与连接垫一一导电连接的导线；(1.4)在制备图案化导电层后的基底顶面再制备用于对各电极及导线进行绝缘的绝缘层，其中电极在位于纳米支化结构所在区域的部分具有未进行绝缘的检测区；(2)在步骤(1)制备的纳米支化微电极阵列芯片顶面固定培养环，培养环与纳米支化微电极阵列芯片顶面配合形成用于心肌细胞培养的培养腔，所述培养腔囊括所述纳米支化结构所在区域；2CN115684309A权利要求书2/2页(3)将步骤(2)固定培养环后的纳米支化微电极阵列芯片底面固定在PCB适配器上，纳米支化微电极阵列芯片上的连接垫与PCB适配器的各通道一一对应导电连接，制备成所述纳米支化微电极阵列器件。7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤(1.2)中作为种子层的ZnO层厚度为1～4nm；纳米支化结构的高度为800～1000nm