CN103901089B - 检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法。所述传感器包括基板、培养腔壁、石墨烯膜、源电极、漏电极和参比电极，所述基板与培养腔壁无缝封接围成培养腔，所述培养腔内的基板上附着有石墨烯膜，所述石墨烯膜经化学修饰能使神经细胞在其上生长，所述源电极和漏电极分别与所述石墨烯膜电连接且分别与所述基板固定连接，所述参比电极置于所述培养腔内。利用本发明的传感器检测神经细胞电生理信号能够大幅提高信噪比和空间分辨率。

Description

检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法

技术领域

本发明涉及生物仪器工程技术领域，具体地，涉及一种检测神经细胞电生理信号的传感器及所述传感器的制作方法，以及使用所述传感器检测神经细胞电生理信号的方法。

背景技术

场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件，具有栅极（gate）、源极（source）和漏极（drain）三个端子，通过施加于栅极的电压所产生的电场来控制连接源极和漏极的沟道中流通的电流大小。传统场效应晶体管的沟道由重掺杂的硅构成。

随着纳米科技的发展，各种新型低维纳米材料，例如硅纳米线（SiNW）、碳纳米管（CNT）和石墨烯（graphene）等，以其独特的性质（如表面效应、体积效应和量子尺寸效应等）引起了人们的广泛关注。与传统材料相比，纳米材料具有更小的尺寸、更高的比表面积、更优良的电学性质和更好的生物相容性等。当传统场效应晶体管的沟道由纳米材料来替代，即构成了纳米材料场效应晶体管，例如硅纳米线场效应晶体管（SiNW-场效应晶体管）、碳纳米管场效应晶体管（CNT-场效应晶体管）和石墨烯场效应晶体管（Gra-场效应晶体管）等。

石墨烯是一种新兴的碳纳米材料，具有电导率高、机械强度大和电化学稳定等优异的物理化学性能，使其在高灵敏度检测领域具有独特的应用优势，引起了人们极大的关注。石墨烯是单层原子构成的平面二维晶体，每个原子都在表面上，外界环境的变化都将直接影响构成石墨烯的所有碳原子，使其对界面的响应极其灵敏，同时独特的结构使其具有出色的检测灵敏性。目前已开发的基于石墨烯的高灵敏一氧化氮（NO）气体检测芯片，具有单个NO分子的高探测灵敏度，表明石墨烯作为检测芯片敏感元件具有巨大的潜力。

神经电学信号的分析是目前神经信息学研究的主要内容之一。现在比较常用的装置是微电极阵列传感器（Micro-Electrode Array，MEA）。MEA由嵌在基底物质上的微电极组成。微电极主要由金属材料，例如铂、金、钛氮氧化物和铟锡氧化物等组成。微电极在基底物质上排列成阵列。

虽然用微电极阵列传感器可以很好地检测到神经细胞发放的电学信号，但得到的噪音水平反比于微电极尺寸的大小，当微电极尺寸减小到一定尺寸的时候，其噪音的水平将大大超过其信号的大小，从而分辨不出真实的信号。因此用此方法来检测神经细胞的空间分辨率并不高。

发明内容

为进一步提高检测神经细胞的空间分辨率和信噪比，本发明提供一种检测神经细胞电生理信号的传感器及所述传感器的制作方法，以及使用所述传感器检测神经细胞电生理信号的方法。

本发明的发明人将石墨烯制成石墨烯场效应晶体管的石墨烯传感元件，一方面利用石墨烯的高灵敏度来提高信号的大小，另外一方面场效应晶体管并不受限于接触电阻，检测单元可以做的更小，因此可以利用本发明的传感器进一步提高检测神经细胞的信噪比和空间分辨率。

为实现本发明的目的，本发明提供一下技术方案：

在第一方面，本发明提供一种检测神经细胞电生理信号的传感器，包括基板、培养腔壁、石墨烯膜、源电极、漏电极和参比电极，所述基板与培养腔壁无缝封接围成培养腔，所述培养腔内的基板上附着有石墨烯膜，所述石墨烯膜经化学修饰能使神经细胞在其上生长，所述源电极和漏电极分别与所述石墨烯膜电连接且分别与所述基板固定连接，所述参比电极置于所述培养腔内。

作为本发明的优选方案，所述化学修饰为多聚赖氨酸和/或层粘连蛋白修饰。

优选地，所述化学修饰为多聚赖氨酸和/或层粘连蛋白的非共价键修饰。

作为本发明的优选方案，所述基板包括硅片基层和二氧化硅面层，所述石墨烯膜附着在所述二氧化硅面层上。

作为本发明的优选方案，所述石墨烯膜的石墨烯层数为一至二层。

优选地，所述石墨烯膜的面积为1-200μm²，例如2μm²、5μm²、8μm²、10μm²、15μm²、20μm²、30μm²、50μm²、80μm²、100μm²、120μm²、140μm²、150μm²、175μm²、185μm²、190μm²、195μm²，优选为10-100μm²，更优选为20-30μm²。

作为本发明的优选方案，所述源电极与漏电极之间的距离为500-5000nm，600nm、800nm、1000nm、1200nm、1500nm、2000nm、2500nm、2800nm、3200nm、3500nm、4000nm、4200nm、4500nm、4800nm，优选为750-4000nm，更优选为1000-3000nm。

作为本发明的优选方案，所述源电极和漏电极各自独立地为金属电极。

优选地，所述金属电极的材料为铂、金和/或铬，可以是一种金属材料，也可以是两种以上材料的合金。

优选地，所述金属电极的厚度为0.03-0.15μm，例如0.04μm、0.05μm、0.06μm、0.08μm、0.10μm、0.11μm、0.12μm、0.13μm、0.14μm、0.15μm。

优选地，所述参比电极为Ag/AgCl电极。

作为本发明的优选方案，所述培养腔壁的材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）。

在第二方面，本发明提供一种第一方面所述的检测神经细胞电生理信号的传感器的制作方法，包括以下步骤：

（1）在基板上附着上石墨烯膜；

（2）在附着了石墨烯膜的基板上形成源电极和漏电极，所述源电极和漏电极分别与所述石墨烯膜电连接且分别与所述基板固定连接；

（3）将所述附着了石墨烯膜并形成了源电极和漏电极的基板与培养腔壁无缝封接围成培养腔，使得所述石墨烯膜、源电极和漏电极均位于所述培养腔内；

（4）对所述石墨烯膜进行化学修饰，以使神经细胞在其上生长。

在第三方面，本发明提供一种检测神经细胞电生理信号的方法，包括以下步骤：

（1）在如第一方面所述的检测神经细胞电生理信号的传感器的培养腔内培养神经细胞，使神经细胞与石墨烯膜紧密接触；

（2）在所述源电极和漏电极之间施加恒定的通道电压，当神经细胞的膜电位发生变化时，流过所述石墨烯膜的电流产生变化，通过检测所述石墨烯膜上电流的变化来测量神经细胞的膜电位变化。

作为本发明的优选方案，所述源电极和漏电极之间施加的通道电压为10-70mV，例如12mV、15mV、18mV、22mV、25mV、30mV、40mV、50mV、55mV、58mV、60mV、65mV、68mV，优选为30-60mV。

本发明的有益效果为：本发明利用石墨烯制成石墨烯场效应晶体管的石墨烯传感元件，由于石墨烯具有高灵敏度，利用本发明的传感器检测神经细胞电生理信号的信噪比和空间分辨率大幅提高。实验证实，利用本发明的传感器检测神经细胞电生理信号的信噪比在5倍以上，相比现有技术的微电极阵列传感器有很大的提高。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。附图中：

图1为本发明在基板上附着石墨烯膜的工艺流程图。

图2为本发明在基板上形成源电极和漏电极的工艺流程图。

图3为本发明的附着了石墨烯膜的基板的横切面示意图。

图4为本发明的用光刻胶掩蔽了的基板的横切面示意图。

图5为本发明的曝光并显影后的基板的横切面示意图，显示了形成电极的区域。

图6为本发明的形成了源电极和漏电极的基板的横切面示意图。

图7为本发明的形成了源电极和漏电极并去除了光刻胶的基板的横切面示意图。

图8为本发明的设置了培养腔并在培养腔中注入了液体的传感器的横切面示意图。

图9为本发明的传感器的俯视示意图，不包括参比电极。

图10为本发明的传感元件的光学显微镜照片。

图11为本发明的传感器的横切面示意图，包括参比电极Ag/AgCl。

图12为本发明的传感元件中的电流随着参比电极电压Vgate的变化图。

图13为本发明的传感元件中的电流随着液体样本的pH值不同而改变的关系结果图。

图14为本发明的传感元件与被测量神经细胞的细胞膜形成紧密接触的示意图。

图15为用本发明的传感元件检测到的小鼠的海马区神经细胞动作电位的结果图。

附图标记说明：

1-石墨烯膜

2-基板的面层

3-基板的基层

4-光刻胶

5-形成源电极的区域

6-形成漏电极的区域

7-源电极

8-漏电极

9-培养腔壁

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的传感器包括芯片单元和培养腔壁。其中，芯片单元包括传感元件和参比电极。所述传感元件包括基板以及固定于所述基板上的源电极和漏电极，且源电极和漏电极之间电连接有石墨烯膜。

其中，所述传感元件可以作为场效应管化学生物传感器的元件。

优先情况下，所述传感元件通过如下步骤的方法制得：（1）在基板上附着石墨烯膜；（2）在附着了石墨烯膜的基板上形成电极，所述电极包括源电极和漏电极，且在源电极和石墨烯膜之间以及在漏电极和石墨烯膜之间形成接触电连接。

其中，所述石墨烯膜可以为常规使用的石墨烯膜，例如通过机械剥离的方法得到的石墨烯膜，也可以用化学气相沉积法生长的石墨烯膜。

其中，在基板上附着石墨烯膜的操作可以通过将石墨烯膜在基板上按压的方式实现。

其中，可以基于干涉效应在光学显微镜下对基板上的石墨烯膜进行定位并标记其边界，还可以利用拉曼光谱和原子力显微镜对其层数进行进一步鉴定。

根据本发明的方法，其中，优选情况下，步骤（1）中，基板包括基层和附着在基层上的面层，且将石墨烯膜附着在基板的面层上；基层为硅片，面层为二氧化硅层。在该优选情况下，基板可以直接通过将硅片进行氧化的方式制备，还易于进行基于干涉效应在光学显微镜下对基板上的石墨烯膜进行定位并标记其边界。

根据本发明的方法，其中，优先情况下，在步骤（2）中，具体是在基板上形成源电极的区域形成源电极，所述形成源电极的区域包括被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域；在基板上形成漏电极的区域形成漏电极，所述形成漏电极的区域包括被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域；所述源电极和漏电极之间的距离为500-5000nm，优选为750-4000nm，更优选为1000-3000nm。其中，源电极和漏电极之间的距离是指相邻的源电极和漏电极之间最接近的两点之间的距离。

其中，优选情况下，在基板上形成源电极的区域或形成漏电极的区域中，被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域的面积比为0.2-3:1，优选为0.5-1.5:1，更优选为0.8-1.2:1。

其中，在基板上，被石墨烯膜覆盖的区域可以通过光学显微镜观察来确定其边界并定位。在石墨烯膜覆盖的区域的边界处可以选择包括被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域作为在基板上形成源电极的区域或形成漏电极的区域。选定在基板上形成源（或漏）电极的区域后，可以通过常规的电子束曝光的方式暴露形成电极的基板区域而掩蔽不形成电极的基板区域，然后通过热蒸镀或电子束蒸镀来形成源（或漏）电极。还可以在形成电极后用有机溶剂去除掩蔽物。其中，源电极和漏电极可以为场效应化学生物传感器领域中常规使用的电极，例如可以为通过热蒸镀或电子束蒸镀得到的金属电极，金属电极的材料可以为铂、金和铬中的至少一种，电极的厚度可以为0.03μm-0.15μm。源电极和漏电极分别与基板之间设置有用于固定的连接。例如通过热蒸镀或电子束蒸镀得到的金属电极，由于形成电极的区域包括了被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域，一方面被石墨烯膜覆盖的区域形成了电极与石墨烯膜之间的电连接，另一方面未被石墨烯膜覆盖的区域形成了电极与基板之间用于固定的连接。

根据本发明的方法，其中芯片单元和培养腔壁之间实现无缝封接。一种优选的实施方式可以是：首先将聚二甲基硅氧烷（PDMS）与SYLGARD184有机硅弹体按照质量比10:1的比例混合均匀，倒入10cm²的培养皿中，使得PDMS和培养皿的上表面齐平，然后在60℃固化4-5个小时；然后把固化好的PDMS从培养皿中取出，在其中间切一个边长为1.5×1.5cm、深度为1cm的培养腔。接着把培养腔用氧等离子体进行处理，处理参数为功率10-200W，氧气流量为10-150sccm，时间为10-120s。然后把处理后的培养腔后固定在基板上，保证传感器单元（源电极、漏电极和石墨烯膜）在培养腔内，四周再用PDMS进行无缝封接。

根据本发明的方法，把加工好的传感器芯片用去离子水清除残留有害物质，接着把传感器芯片浸泡在浓度为75%的乙醇中进行灭菌，时间为2-10h，优选为3h。

根据本发明的方法，为了实现神经细胞在石墨烯膜上生长，需要对石墨烯膜进行相应的修饰。典型但非限定性的修饰的实例比如：用多聚赖氨酸或层粘连蛋白中的至少一种对石墨烯膜表面进行非共价键修饰，其中，多聚赖氨酸修饰的工艺参数为：多聚赖氨酸浓度为1mg/ml-20mg/ml，反应时间为1-2小时，修饰温度为37℃，pH值为7.4；层粘连蛋白的修饰参数为：层粘连蛋白浓度为1mg/ml-10mg/ml，修饰时间为1-2小时，修饰温度为37℃，pH值为7.4。修饰工艺完毕后，采用灭菌的磷酸盐（PBS）缓冲液冲洗。

本发明提供的检测神经细胞电生理信号的方法，包括以下步骤：

（1）在本发明所述的检测神经细胞电生理信号的传感器的培养腔内培养神经细胞，使神经细胞与石墨烯膜紧密接触；

（2）在所述源电极和漏电极之间施加恒定的通道电压，当神经细胞的膜电位发生变化时，流过所述石墨烯膜的电流产生变化，通过检测所述石墨烯膜上电流的变化来测量神经细胞的膜电位变化。

根据本发明的方法，其中，分离和培养海马区的神经细胞。可以参照文献Stefanie K,Gary B.Culturing hippocampal neurons.Nature protocol,2006,1,2406-2415中的方法进行。分离和培养其它神经细胞可以按照本领域公知的技术手段进行。所述动物可以为常规的实验动物，如两栖动物、鸟类或哺乳动物，包括但不限于蟾蜍、鸡、小鼠、大鼠、犬、兔和猴。

根据本发明的方法，其中，源电极和漏电极之间的电压可以为10-70mV，优选为30-60mV。

下面将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，扫描电子显微镜购自日本日立公司型号S-4800，电学性质的测试仪为购自美国AXON公司型号Axopatch200B电学测试***，所用试剂均为商购的分析纯试剂。

制备实施例1

参考图1-11，本实施例用来说明根据本发明的方法中制备传感元件的步骤，即制备悬浮石墨烯场效应器件的步骤。

（1）参考图1，按照文献Li X S,Cai W W,An J H,et al.Large-area synthesisof high-quality and uniform graphene films on copper foils.Science,2009,324:1312–1314中的方法通过化学气相沉淀的方法在铜基底（大小为4cm×8cm，厚度为100μm）上生长石墨烯。在有石墨烯的铜片上旋涂一层300nm厚的光刻胶（PMMA950K，购自德国ALLRESIST公司），120℃下烘烤使溶剂完全挥发；将旋涂有光刻胶的铜片放入铜刻蚀液（含1mol/L三氯化铁和1mol/L盐酸的溶液）中刻蚀至铜反应完全；得到附着在光刻胶上的石墨烯膜。

（2）参考图1-3，将具有280nm厚热氧化SiO2的硅片（大小为3cm×3cm，厚度为0.52cm，购自美国sillicon Valley Microelectrics）作为基板，即基层3为硅片，面层2为二氧化硅层的基板。将附着在光刻胶上的石墨烯膜转移到基板上，并按压使石墨烯膜与基板紧密接触；然后通过光刻胶溶解液（丙酮）将石墨烯膜表面的光刻胶溶解掉，保留石墨烯膜在基板上，得到附着有石墨烯膜1的基板（图3）。基于干涉效应在光学显微镜下予以定位并标记边界，以用于确定形成电极的区域。

（3）参考图4和图5，在附着有石墨烯膜1的基板上形成源电极和漏电极。具体地，在附着有石墨烯膜1的基板表面旋凃一层300nm厚的光刻胶（PMMA950K，购自德国ALLRESIST公司），180℃下烘烤至溶剂挥发完全。根据光学显微镜下标记的石墨烯膜1的边界，确定形成源电极的区域5和形成漏电极的区域6，形成源（或漏）电极（宽度为2μm的条形电极）的区域中被石墨烯膜1覆盖的区域和未被石墨烯膜1覆盖的区域的面积比为1:1，用电子束曝光机对形成源（或漏）电极的区域进行曝光，在显影液（4-甲基-2-戊酮和异丙醇按1：5的体积比混合的混合液）中显影10min，异丙醇中定影10min后，用氮气吹干；由此暴露形成电极的基板区域而掩蔽不形成电极的基板区域。

（4）参考图6，在高真空条件下，按照文献（《薄膜制备技术基础》，麻蒔立男(日本)著，陈国荣译，化学工业出版社，2009）中的方法，利用电子束蒸镀机在样品（即暴露形成电极的基板区域而掩蔽不形成电极的基板区域的基板）上依次蒸镀5nm厚的Cr和50nm厚Au，获得电极，分别作为源电极7和漏电极8待用。

（5）参考图7，去除蒸镀好电极的样品上的光刻胶，被石墨烯膜1覆盖的区域形成了电极与石墨烯膜1之间的电连接，未被石墨烯膜1覆盖的区域形成了电极与基板之间用于固定的连接，源电极7和漏电极8之间的距离为2000nm。

（6）参考图8和图9，在形成了电极的基板上，以设置有石墨烯膜1和电极的基板面为底面，用PDMS围成侧壁（培养腔壁9）以形成培养腔（边长为1.5×1.5cm，深度为1cm），以使当该培养腔封存液体时，石墨烯膜1完全浸泡于液体中。

结构基本上如图10所示的元件即为本实施例制备的传感元件。利用光学显微镜观察其微观结构，如图10所示：中间连接的为石墨烯（Graphene），四根连接线为源（或漏）电极，材料为铬金（Cr/Au）。

测试实施例1

本实施例用来说明传感元件的电学性能。

参考图11，使用制备实施例1制备的传感元件，将石墨烯膜两端的两个Cr/Au电极分别作为源电极和漏电极，Ag/AgCl电极作为参比电极（即溶液栅电极（Vgate）），从而组装成为传感器。

将漏电极接地，在源电极上加固定的电压Vsd（0.01-0.1V），测量源电极和漏电极之间的电流Isd随栅电极电压Vgate的变化关系，以表征石墨烯膜的电子输运性质。图12所示的Isd-Vgate曲线的空穴支和电子支明显不对称，狄拉克点（最低点）相对本征的石墨烯在Vgate轴上出现了平移，表明石墨烯受到其贴覆的Si/SiO2基底的掺杂影响。

测试实施例2

本实施例用来说明传感元件的电学性能和在测量溶液中化学物质的变化中的应用。

参考图11，使用制备实施例1制备的传感元件，将石墨烯膜两端的两个Cr/Au电极分别作为源电极和漏电极，Ag/AgCl电极作为参比电极（即溶液栅电极（Vgate）），从而组装成为传感器。

通过溶液中的参比电极Ag/AgCl施加电压，同时在源电极和漏电极（Cr/Au电极）之间施加恒定的通道电压。向储液池（即培养腔）中加入样本溶液，样本溶液中带电离子浓度及种类的变化会改变石墨烯表面的电荷浓度，从而改变石墨烯场效应管的电流。通过检测石墨烯电流的变化，可以检测到溶液中化学物质的变化。

基于上述检测原理，将石墨烯场效应器件用于检测溶液pH的变化。向培养腔中依此加入不同pH值（pH分别为6、7、8和9）的pH值校准液（购自美国Sigma公司），由于不同pH值的待测样本溶液中带电离子浓度及种类的变化会改变石墨烯膜表面的电荷浓度，进而改变石墨烯场效应管的电流。如图13所示，检测到石墨烯场效应管的电导值发生相应的变化，反应极为迅速且灵敏，不同pH值间变化呈阶梯状。

实施例1

通过在石墨烯膜两端的源电极和漏电极之间施加恒定的通道电压，在此电压下石墨烯纳米带中产生一个恒定的电流。细胞或组织与器件中石墨烯膜形成紧密接触（如图14所示），当细胞的膜电位发生变化时，这个微小的电压对通过源电极和漏电极施加在石墨烯膜上的电势产生影响，进而使流过石墨烯膜的电流产生相应的变化，通过检测这一电流变化进而实现对细胞膜上的动作电位变化的测量。

基于上述检测原理，将石墨烯场效应器件（即实施例1的传感元件）用于检测神经细胞膜电位的变化。参照文献Stefanie K,Gary B.Culturing hippocampalneurons.Nature protocol,2006,1,2406-2415中的方法，将消化好的小鼠海马区神经细胞置于石墨烯场效应器件的培养腔中（培养腔中有细胞培养液DMEM）。经过2周的培养，神经细胞经过分化后与石墨烯膜形成接触，如图14所示。与石墨烯膜接触的神经细胞可以自发产生电信号，石墨烯场效应管能够记录到对应的神经细胞的动作电位，所检测到的电势在1mV左右，信噪比在5倍以上，如图15所示，相比于微电极阵列传感器所测到的信噪比有很大的提高。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种检测神经细胞电生理信号的传感器，包括基板、培养腔壁、石墨烯膜、源电极、漏电极和参比电极，所述基板与培养腔壁无缝封接围成培养腔，所述培养腔内的基板上附着有石墨烯膜，所述石墨烯膜经化学修饰能使神经细胞在其上生长，所述源电极和漏电极分别与所述石墨烯膜电连接且分别与所述基板固定连接，在基板上形成源电极的区域或形成漏电极的区域中，被石墨烯膜覆盖的区域和未被石墨烯膜覆盖的区域的面积比为1:1；所述参比电极置于所述培养腔内。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述化学修饰为多聚赖氨酸和/或层粘连蛋白修饰。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述化学修饰为多聚赖氨酸和/或层粘连蛋白的非共价键修饰。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述基板包括硅片基层和二氧化硅面层，所述石墨烯膜附着在所述二氧化硅面层上。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯膜的石墨烯层数为一至二层。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯膜的面积为1-200μm²。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯膜的面积为10-100μm²。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯膜的面积为20-30μm²。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述源电极与漏电极之间的距离为500-5000nm。

10.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述源电极与漏电极之间的距离为750-4000nm。

11.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述源电极与漏电极之间的距离为1000-3000nm。

12.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述源电极和漏电极各自独立地为金属电极。

13.根据权利要求12所述的传感器，其特征在于，所述金属电极的材料为铂、金和/或铬。

14.根据权利要求12所述的传感器，其特征在于，所述金属电极的厚度为0.03-0.15μm。

15.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述参比电极为Ag/AgCl电极。

16.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述培养腔壁的材料为聚二甲基硅氧烷。

17.一种权利要求1-16任一项所述的检测神经细胞电生理信号的传感器的制作方法，包括以下步骤：

(1)在基板上附着上石墨烯膜；

(2)在附着了石墨烯膜的基板上形成源电极和漏电极，所述源电极和漏电极分别与所述石墨烯膜电连接且分别与所述基板固定连接；

(3)将所述附着了石墨烯膜并形成了源电极和漏电极的基板与培养腔壁无缝封接围成培养腔，使得所述石墨烯膜、源电极和漏电极均位于所述培养腔内；

(4)对所述石墨烯膜进行化学修饰，以使神经细胞在其上生长。

18.一种检测神经细胞电生理信号的方法，包括以下步骤：

(1)在如权利要求1-16任一项所述的检测神经细胞电生理信号的传感器的培养腔内培养神经细胞，使神经细胞与石墨烯膜紧密接触；

(2)在所述源电极和漏电极之间施加恒定的通道电压，当神经细胞的膜电位发生变化时，流过所述石墨烯膜的电流产生变化，通过检测所述石墨烯膜上电流的变化来测量神经细胞的膜电位变化。

19.根据权利要求18所述的检测神经细胞电生理信号的方法，其特征在于，所述源电极和漏电极之间施加的通道电压为10-70mV。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述源电极和漏电极之间施加的通道电压为30-60mV。