CN102556932B - 一种电极点间距可调整的微电极阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电极点间距可调整的微电极阵列，所述的微电极阵列包括依次设置并组成复合结构的微电极阵列结构层、电极电路层和微电极阵列覆盖层，微电极阵列覆盖层与组织直接接触，电极电路层中设置有电极点与方便调整电极点间距的缓冲结构。本发明利用由一系列小圆弧构成的缓冲结构来控制电极点的间距，当这些小圆弧受到横向或者是纵向的拉伸时，小圆弧的半径变大，弧度变小，电极点的间距发生变化，并且把拉伸对电路结构的损伤降到最小。相对于传统固定间距的微电极阵列，实际使用时只需要把该微电极阵列通过适当的拉伸就可以获得不同间距的微电极阵列，而要达到同样的效果，则需要多个传统固定间距微电极阵列。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种医用器械技术领域的微电极阵列，具体是一种面向电生理应用的电极点间距可调整的微电极阵列。
背景技术
近年来，随着微机电***(MEMS：Micro-Electro-Mechanical Systems)技术的不断进步，使得微电子设备和微传感器等微***应用范围不断扩大，已广泛应用于多个领域，特别是医学领域。
微电极阵列是利用微机电***技术在生物医学方面的一个典型应用。微电极阵列是在基底表面点阵状排列的电极，常见的电极点直径为50～100μm，电极点间距为100-1000μm，离体组织、细胞或者切片直接紧密地置于微电极阵列上，可以同步记录多个位点的细胞外场电位信号。微电极阵列既可记录也可用作刺激或者接地，适用于神经和肌细胞等可兴奋细胞的电生理特性和离子通道生物学特性研究。
传统的微电极阵列包括贵金属材料的溅射、图形化，电气隔绝材料的沉积，电极点的开口等等。但是这种方法制备的微电极的电极点间距是固定的，如果需要改变微电极记录或者刺激的范围与精度，则需要重新制备，微电极不能得到合理的重复利用。并且，有些情况需要调整电极点的间距来获得更优的记录或者刺激效果，这也是传统固定间距电极所不能的。
经对现有技术的检索发现，Merriam，S.M.E.，O.Srivannavit等人在Journalof Microelectromechanical Systems 20(3)：594-600，2011撰文“AThree-Dimensional 64-Site Folded Electrode Array Using Planar Fabrication”(一种三维64位可折叠电极阵列的平面制备)，该技术采用溅射、刻蚀等传统工艺实现了两个具有探针的平面电极，其中每个探针上有四个电极点，并且这两个平面电极可以折叠进而形成立体电极。这是一种相当复杂的电极结构，但是其每个探针上的四个电极点的相对位置却是固定的，不能适应电极点距离需要改变的实际情况。所以，在实际使用中，这种电极灵活性不足，应用起来受到较多限制。
中国申请号201110110285.0，申请公布号CN 102178998A，该专利中公开了微电极阵列的三层结构即微电极阵列结构层、电极电路层、微电极阵列覆盖层，其中：电极电路层被微电极阵列结构层和微电极阵列覆盖层夹在中间。但也没有公开该微电极阵列的电极点间距也是可以调整的。
美国专利号：US7,501,301，“Low cost fabrication of microelectrode arraysfor cell-based biosensors and drug discovery methods”(以细胞为基础的生物传感器和药物发现方法的低成本微电极阵列制备)，该技术公开了一种涉及利用未经改性的印刷电路板(PCB)制造工艺和材料来低成本制备微电极阵列的方法。这种微电极阵列是由聚合物薄膜包覆图形化的导电线路构成的，并且可以在生物传感器和药物发现领域有很多应用。但是，该微电极阵列的电极点间距是固定的。例如不能通过改变电极点间距来改变生物传感器的某些性能。
美国专利号：US6,896,780，“Microelectrode，microelectrode array andmethod for manufacturing the microelectrode”(微电极与微电极阵列的制备方法)，该技术公开了一种涉及微电极与微电极阵列制备的方法，并且该微电极的温度是可控的。该微电极由硅衬底上的一个密封腔中形成热隔离，密封腔中有一个微加热器，电极可以被微加热器间接的加热。但是，该微电极阵列的电极点间距也是固定的。
综上，虽然微电极阵列的制备方法得到了比较详细的研究，并且微电极阵列的相关延伸功能也得到了一定的重视，但是文献中未见报道电极点距离可变的微电极阵列。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种面向电生理应用的电极点间距可调整的微电极阵列，操作简便，能够使微电极阵列得到合理的重复利用。并且，可以通过调整电极点的间距来获得更优的记录或者刺激效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次设置并组成复合结构的微电极阵列结构层、电极电路层和微电极阵列覆盖层，微电极阵列覆盖层与组织直接接触，电极电路层中设置有电极点，以及设置在电极点之间且方便调整电极点间距的缓冲结构。
所述的方便调整电极点间距的缓冲结构是由一系列小圆弧构成的，小圆弧的数量为1-10000个，小圆弧的半径为0.1-15000μm，小圆弧的弧度为0.01-2πrad。
所述的方便调整电极点间距的缓冲结构的拉伸角度为0-360°，在拉伸过程中保证电极阵列结构层与覆盖层在其弹性限度内。
所述的微电极阵列覆盖层覆盖于微电极阵列结构层上除电极点以外位置。
所述微电极阵列结构层与覆盖层的材料是PDMS，或是Parylene。
所述的微电极阵列结构层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
所述的电极电路层中连接线宽为10nm-1000μm；电极点的横截面积为1μm2-10000μm2。
所述的电极电路层中，仅电极点与组织直接接触并参与电生理采集、刺激。
所述的微电极阵列覆盖层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
本发明利用由一系列小圆弧构成的缓冲结构来控制电极点的间距，制备该微电极阵列的过程中，电极点的间距做到微加工精度能够达到的最小间距，实际使用时只要通过适当的拉伸就可以改变电极点的间距，满足不同的电生理应用。该电极点间距可调整的微电极阵列只使用一个微电极阵列就能够达到传统固定间距微电极阵列多个才能达到的效果。
综上，本发明结构简单，使用方便，使用时只需要根据应用背景把微电极阵列的电极点的间距拉伸到想要的间距即可满足要求，实现不同电极点间距的电生理信号的采集与刺激。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例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。
实施例1
如图1所示，本实施例所述的微电极阵列包括：微电极阵列结构层、电极电路层、微电极阵列覆盖层，其中：电极电路层被微电极阵列结构层和微电极阵列覆盖层夹在中间。考虑到微电极阵列的三层结构已经在专利(申请号201110110285.0，申请公布号CN 102178998A)中有较详细的描述，这里只重点说明电极电路层的特征。
本实施例中，所述电极电路层包括电极点1、方便调整电极点间距的缓冲结构2和与***电路的连接点3。
本实施例中，所述的电极电路层中方便调整电极点间距的缓冲结构2的分布距离、分布密度可以根据需要调整。
本实施例中，所述的电极电路层中方便调整电极点间距的缓冲结构2是由一系列小圆弧构成的，小圆弧的数量为1-10000个，小圆弧的半径为0.1-15000μm，小圆弧的弧度为0.01-2πrad。
本实施例中，所述的电极电路层中方便调整电极点间距的缓冲结构2的拉伸角度为0-360°。
本实施例中，所述的电极电路层中方便调整电极点间距的缓冲结构2的分布距离、分布密度可以根据需要调整。
本实施例中，所述的微电极阵列覆盖层覆盖于微电极阵列结构层上除电极点和与***电路的连接点以外位置。
本实施例中，所述的微电极阵列结构层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
本实施例中，所述的电极电路层中连接线宽为10nm-1000μm；电极点的横截面积为1μm2-10000μm2。
本实施例中，所述的电极电路层中，仅电极点与组织直接接触并参与电生理采集、刺激。
本实施例中，所述的微电极阵列覆盖层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
本实施例中，所述的电极电路层中电极点1的形状可以根据需要调整，例如圆形、矩形、三角形等。
本实施例中，所述的电极电路层中电极点1的分布密度可以根据需要调整。
本实施例的工作原理为：为了获得不同电极点间距的微电极阵列，要求在拉伸过程中不能损伤电极电路层中的电路结构。利用由一系列小圆弧构成的缓冲结构2来控制电极点的间距，当这些小圆弧受到横向或者是纵向的拉伸时，小圆弧的半径变大，弧度变小，电极点的间距发生变化，并且把拉伸对电路结构的损伤降到最小。当然，拉伸方向也可以是其他方向。
在制备该微电极阵列的过程中，电极点的间距做到微加工精度能够达到的最小间距，这样可以通过拉伸得到的不同间距就会变得更多。实际使用时只要通过适当的拉伸就可以改变电极点的间距，满足不同的电生理应用。该电极点间距可调整的微电极阵列只使用一个微电极阵列就能够达到传统固定间距微电极阵列多个才能达到的效果。
如表1所示，本实施例的实际应用要求所用尺寸如表所示。
表1电极点间距可调整的微电极阵列的一组典型设计参数
| 微电极阵列结构层(长度×宽度×厚度)(mm) | 50×50×0.01 |
| 微电极阵列覆盖层(长度×宽度×厚度)(mm) | 50×50×0.01 |
| 方便调整电极点间距的缓冲结构2的圆弧数量(个) | 100 |
| 方便调整电极点间距的缓冲结构2的圆弧半径(mm) | 0.01 |
| 方便调整电极点间距的缓冲结构2的圆弧弧度(rad) | π |
| 方便调整电极点间距的缓冲结构2的拉伸角度(度) | 90 |
| 电极点1的横截面积(μm2) | 6000 |
实施例2
本实施例提供实施例1所述的微电极阵列的制备方法，具体过程如下：
首先在Si片上甩10μm的PDMS(聚二甲基硅氧烷)并固化，构成微电极结构层；
接着甩5μm的正胶并图形化，溅射贵金属(包括Pt、Ir、Au等)种子层，100-15000埃，采用Lift-off工艺去光刻胶，图形化种子层，构成电极电路层；
然后再甩10μm的PDMS(聚二甲基硅氧烷)并固化，第二次把光刻胶图形化，使用反应离子刻蚀(RIE)把Parylene-C刻穿，露出电极点，构成微电极阵列覆盖层。
实施例3
本实施例提供实施例1所述的微电极阵列的制备方法，本实施例中，微电极结构层与覆盖层使用聚氯代对二甲苯(Parylene-C)，制备过程为：
首先在Si片上沉积5μm的聚氯代对二甲苯(Parylene-C)薄膜，接着甩5μm的正胶并图形化，溅射贵金属(包括Pt、Ir、Au等)种子层，100-15000埃，采用Lift-off工艺去光刻胶，图形化种子层，构成电极电路层。然后再沉积5μm的Parylene-C，第二次把光刻胶图形化，使用反应离子刻蚀(RIE)把Parylene-C刻穿，露出电极点，构成微电极阵列覆盖层。
综上，利用电极点间距可调整的微电极阵列来进行电生理信号的采集与刺激，相对于传统固定间距的微电极阵列，只需要把该微电极阵列通过适当的拉伸就可以获得不同间距的微电极阵列，而要达到同样的效果，则需要多个传统固定间距微电极阵列。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种电极点间距可调整的微电极阵列，包括：依次设置并组成复合结构的微电极阵列结构层、电极电路层和微电极阵列覆盖层，微电极阵列覆盖层与组织直接接触，电极电路层中设置有电极点，其特征在于，所述电极电路层中还包括设置在电极点之间且方便调整电极点间距的缓冲结构；
所述的方便调整电极点间距的缓冲结构是由一系列小圆弧构成的；所述小圆弧的数量为1-10000个，小圆弧的半径为0.1-1500 0μm，小圆弧的弧度为0.01-2πrad；
所述方便调整电极点间距的缓冲结构的拉伸角度为0-360°，在拉伸过程中保证电极阵列结构层与覆盖层在其弹性限度内。
2.根据权利要求1所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述微电极阵列覆盖层覆盖于微电极阵列结构层上除电极点和与***电路的连接点以外位置。
3.根据权利要求1或2所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述微电极阵列结构层与覆盖层的材料是PDMS，或是Parylene。
4.根据权利要求3所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述微电极阵列结构层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
5.根据权利要求3所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述微电极阵列覆盖层的长度×宽度×厚度为5×5×0.001mm-150×150×1mm。
6.根据权利要求3所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述电极电路层中连接线宽为10nm-1000μm；电极点的横截面积为1μm2-10000μm2。
7.根据权利要求1所述的电极点间距可调整的微电极阵列，其特征是，所述电极电路层中电极点的形状、分布密度，以及所述方便调整电极点间距的缓冲结构的分布距离、分布密度，均能根据需要调整。
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