基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置。該裝置包括電源、待電鍍傳感芯片組件和阻抗測試系統(tǒng)。待電鍍傳感芯片組件包括腔體，腔體中部有能容納離子液體的腔室，腔室中間有兩根對稱放置的豎直電極，豎直電極浸于腔室中的離子液體內(nèi)但不接觸腔底，電極分別為鉑電極和銀-氯化銀電極，腔室底部是一個固設(shè)與腔體中的傳感芯片；傳感芯片包括硅基底，一組在腔室內(nèi)硅基底上的電極陣列以及兩個在腔室外硅基底上的接點(diǎn)，其中一接點(diǎn)與電源相連，另一接點(diǎn)與所述一個阻抗測量系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型能提高電鍍后微電極陣列阻抗檢測的信噪比，細(xì)胞—電極耦合的有效性以及后期實(shí)驗(yàn)的重復(fù)率，降低實(shí)際實(shí)驗(yàn)的時間成本并優(yōu)化微電極尺度及形狀的設(shè)計。
【專利說明】基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于表面處理領(lǐng)域，涉及一種基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]生物阻抗測試技術(shù)的問世將近已有一個世紀(jì)，被廣泛用來研究細(xì)胞和組織內(nèi)的電化學(xué)過程，因此具有監(jiān)測細(xì)胞生理變化的能力。從電阻抗成像，組織成分及活性分析，皮膚健康診斷到細(xì)胞懸液的研究，都已有很多前人的研究。這種技術(shù)的原理是在絕緣基底上加工微電極或微電極陣列，并在基底上進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，當(dāng)在微電極上施加微弱的交流電信號時，由于細(xì)胞的絕緣性質(zhì)，其會對電場造成一定的阻礙作用，微電極通過對這種阻礙作用(阻抗)的測量，可以間接測量細(xì)胞的生物學(xué)行為。隨著近幾十年的微制造技術(shù)的興起，該技術(shù)結(jié)合微傳感器開始被大量運(yùn)用于細(xì)胞相關(guān)的生物實(shí)驗(yàn)。
[0003]微傳感器是一種基于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的新一代傳感器器件，它應(yīng)用新的工作機(jī)制和物化效應(yīng)，采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝兼容的材料，用微細(xì)加工技術(shù)制備的。微電極是微傳感器的核心部件，可視為研究生物分子或生物分子間電荷傳遞行為的較為理想的平臺。微陣列電極是由多個微電極并聯(lián)組成，采用微電極陣列，既可以在保持單個微電極優(yōu)異性能的同時通過并聯(lián)的電極放大檢測信號，又可以通過增加傳感器的冗余來提高總的測量的可靠性。最先將阻抗檢測技術(shù)運(yùn)用到平面微電極監(jiān)測細(xì)胞形態(tài)變化的是兩位先驅(qū)=Giaever和Keese。他們發(fā)明的細(xì)胞阻抗傳感器能夠?qū)崟r，無損，無標(biāo)記地檢測細(xì)胞阻抗。隨著科技的發(fā)展，微電極陣列以其快速的時間響應(yīng)常數(shù)，較小的極化電流，較高的傳質(zhì)速度等優(yōu)點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、分析化學(xué)等領(lǐng)域引起了越來越多研究者的重視。
[0004]然而，目前商品化電極電鍍的并不多，主要是由于電鍍后的微器件表面往往會出現(xiàn)沉積厚度不均和針孔、麻點(diǎn)等缺陷，直接影響成型微器件的表面質(zhì)量、復(fù)制精度和力學(xué)性能，并限制了其應(yīng)用范圍。因此，評估沉積層電鍍程度的好壞，改善沉積層厚度的均勻性，提升微電極的靈敏度，是電鍍微電極亟需解決的一項(xiàng)重要研究課題。尤其是對高通量多通道的分析實(shí)驗(yàn)，不同形狀、不同尺度的微電極電鍍的差異性會導(dǎo)致在相同測試條件下微電極體阻抗的不同，使得后續(xù)的生物測試不具有可比性。而目前對于電極表面處理的效果還沒有較直觀的理論仿真測試，國內(nèi)外關(guān)于評估微電極表面電鍍均勻性的報道也相對較少，只能采用電化學(xué)方法、光譜法、波譜法、QCM和顯微學(xué)等實(shí)驗(yàn)方法等進(jìn)行間接測試和直接觀察。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]本實(shí)用新型包括電源、待電鍍傳感芯片組件和一個阻抗測試系統(tǒng)。所述待電鍍傳感芯片組件包括腔體，腔體中部有能容納離子液體的腔室，腔室中間有兩根對稱放置的豎直電極，豎直電極浸于腔室中的離子液體內(nèi)但不接觸腔底，電極分別為鉬電極和銀-氯化銀電極，腔室底部是一個固設(shè)與腔體中的傳感芯片；傳感芯片包括硅基底，一組在腔室內(nèi)硅基底上的電極陣列以及兩個在腔室外硅基底上的第一接點(diǎn)、第二接點(diǎn)，其中第一接點(diǎn)與電源相連，可通過三電極法進(jìn)行電極陣列的表面電鍍處理，第二接點(diǎn)與所述一個阻抗測試系統(tǒng)連接，可通過電化學(xué)方法研究電極電鍍前后表面體阻抗的變化。所述阻抗測試系統(tǒng)包括計算機(jī)以及阻抗分析儀或電化學(xué)工作站。
[0008]所述電源為數(shù)控單/雙脈沖電鍍電源；電鍍電源分別連接鉬電極、銀-氯化銀電極、第一接點(diǎn)；在電鍍時鉬電極和銀-氯化銀電極分別作為對電極和參比電極，通過第一接點(diǎn)與芯片上的電極陣列構(gòu)成三電極體系。
[0009]所述傳感芯片為細(xì)胞阻抗傳感電極芯片；傳感芯片電極設(shè)計為叉指型細(xì)胞電阻抗電極陣列或圓盤形ECIS電極陣列或同時包括IDA電極陣列和圓盤形ECIS電極陣列。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對微電極陣列的表面電鍍效果的評估。該裝置可快速優(yōu)選出符合要求的微電極類型進(jìn)行高通量的電鍍處理，可提高后期實(shí)驗(yàn)微電極阻抗檢測的信噪比，細(xì)胞一電極耦合的有效性以及實(shí)驗(yàn)重復(fù)率，降低實(shí)際試驗(yàn)的時間成本，并優(yōu)化微電極的設(shè)計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型新結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是評估裝置的結(jié)構(gòu)圖。參照圖1，本實(shí)用新型的一種基于阻抗測試的微電極陣列表面電鍍裝置，包括電源1、待電鍍傳感芯片組件2和一個阻抗測試系統(tǒng)3。待電鍍傳感芯片組件2包括腔體4，腔體4中部有能容納離子液體的腔室5，腔室5中間有兩根對稱放置的豎直電極6,豎直電極6浸于腔室5中的離子液體內(nèi)但不接觸腔底，電極6包括鉬電極6.1和銀-氯化銀電極6.2，腔室5底部是一個固設(shè)于腔體中的傳感芯片7 ;傳感芯片包括硅基底8，一組在腔室5內(nèi)硅基底8上的電極陣列9，在腔室5外硅基底8上的兩個接點(diǎn)
10.1,10.2，接點(diǎn)10.1與電源I相連，可通過三電極法進(jìn)行電極陣列9的表面電鍍處理，接點(diǎn)10.2與所述一個阻抗測試系統(tǒng)3連接，可通過電化學(xué)方法研究電極電鍍前后表面體阻抗的變化。阻抗測試系統(tǒng)包括計算機(jī)3.1以及阻抗分析儀或電化學(xué)工作站3.2。
[0014]電源I為數(shù)控單/雙脈沖電鍍電源。脈沖電鍍與直流電鍍相比，脈沖電渡能夠提高陰極電流密度，降低濃差極化；消除氫脆，改善鍍層的物理性能；減少添加劑的使用，得到純度更高的鍍層，使鍍層結(jié)晶更加細(xì)致，均勾光亮；提高鍍層的初性和耐磨性；還有利于節(jié)約貴金屬，獲得成分穩(wěn)定的合金電鍍層。電鍍電源I分別連接鉬電極6.1，銀-氯化銀電極6.2和接點(diǎn)10.1。在電鍍時鉬電極6.1和銀-氯化銀電極6.2分別作為對電極和參比電極，通過接點(diǎn)10.1與傳感芯片上的電極陣列9構(gòu)成三電極體系。
[0015]傳感芯片為細(xì)胞阻抗傳感(ElectricCell一substrate Impedance Sensing,ECIS)電極芯片7。指在玻璃或硅基底上，用微電子加工技術(shù)將Au、Ir或Pt等金屬沉積其上形成電極和引線，采用鈍化層保護(hù)引線，在電極上暴露接觸位點(diǎn)，傳輸并記錄細(xì)胞貼附形態(tài)、遷移速率等參數(shù)的細(xì)胞傳感芯片。傳感芯片電極可設(shè)計為叉指型細(xì)胞電阻抗電極陣列(Interdigitated array, IDA)或圓盤形ECIS電極陣列，或同時包括IDA電極陣列和圓盤形ECIS電極陣列。
[0016]電化學(xué)方法包括交流阻抗法或循環(huán)伏安法，其電信號是一種頻率的交流信號或多種頻率交流信號。
【權(quán)利要求】
1.基于阻抗測試的微電極陣列電鍍裝置，包括電源(I)、待電鍍傳感芯片組件⑵和一個阻抗測試系統(tǒng)(3)，其特征在于:所述待電鍍傳感芯片組件(2)包括腔體(4)，腔體(4)中部有能容納離子液體的腔室(5)，腔室(5)中間有兩根對稱放置的豎直電極(6)，豎直電極(6)浸于腔室(5)中的離子液體內(nèi)但不接觸腔底，豎直電極(6)為鉬電極(6.1)和銀-氯化銀電極(6.2)，腔室(5)底部是一個固設(shè)于腔體中的傳感芯片(7);傳感芯片包括硅基底(8)，一組在腔室(5)內(nèi)硅基底(8)上的電極陣列(9)，兩個在腔室外硅基底(8)上的第一接點(diǎn)(10.1)、第二接點(diǎn)(10.2)，第一接點(diǎn)(10.1)與電源(I)相連，可通過三電極法進(jìn)行電極陣列(9)的表面電鍍處理，第二接點(diǎn)(10.2)與所述一個阻抗測試系統(tǒng)連接，可通過電化學(xué)方法研究電極電鍍前后表面體阻抗的變化；所述阻抗測試系統(tǒng)(3)，包括計算機(jī)(3.1)以及阻抗分析儀或電化學(xué)工作站(3.2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電極陣列電鍍裝置，其特征在于:電源為數(shù)控單/雙脈沖電鍍電源；電鍍電源分別連接鉬電極(6.1)、銀-氯化銀電極(6.2)、第一接點(diǎn)(10.1);在電鍍時鉬電極(6.1)和銀-氯化銀電極(6.2)分別作為對電極和參比電極，通過第一接點(diǎn)(10.1)與芯片上的電極陣列(9)構(gòu)成三電極體系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電極陣列電鍍裝置，其特征在于:所述傳感芯片(7)為細(xì)胞阻抗傳感電極芯片；傳感芯片電極設(shè)計為叉指型細(xì)胞電阻抗電極陣列或圓盤形ECIS電極陣列或同時包括IDA電極陣列和 圓盤形ECIS電極陣列。
【文檔編號】C25D21/00GK203923432SQ201420154697
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】徐瑩, 胡正添 申請人:杭州電子科技大學(xué)