本发明专利技术公开了一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置及电镀效果评估方法。该装置包括电源、待电镀传感芯片组件和一个阻抗测试系统。该方法包括输入微电极阵列尺寸参数、电镀纳米颗粒的尺寸范围、设置实验次数和迭代次数；由微电极尺寸及形状自适应划分方形网格；在微电极区域内随机生成电镀纳米颗粒并将其位置信息与网格建立映射关系；采用网格搜索的方法进行纳米颗粒互斥性判断；根据多次电镀效果评估模型的贴附度数据，建立贴附率曲线图对微电极电镀的表面处理效果进行评估。本发明专利技术能提高电镀后微电极阵列阻抗检测的信噪比，细胞—电极耦合的有效性以及后期实验的重复率，降低实际实验的时间成本并优化微电极尺度及形状的设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面处理领域，涉及一种。
技术介绍
生物阻抗测试技术的问世将近已有一个世纪，被广泛用来研究细胞和组织内的电化学过程，因此具有监测细胞生理变化的能力。从电阻抗成像，组织成分及活性分析，皮肤健康诊断到细胞悬液的研究，都已有很多前人的研究。这种技术的原理是在绝缘基底上加工微电极或微电极阵列，并在基底上进行细胞培养，当在微电极上施加微弱的交流电信号时，由于细胞的绝缘性质，其会对电场造成一定的阻碍作用，微电极通过对这种阻碍作用(阻抗)的测量，可以间接测量细胞的生物学行为。随着近几十年的微制造技术的兴起，该技术结合微传感器开始被大量运用于细胞相关的生物实验。微传感器是一种基于半导体工艺技术的新一代传感器器件，它应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。微电极是微传感器的核心部件，可视为研究生物分子或生物分子间电荷传递行为的较为理想的平台。微阵列电极是由多个微电极并联组成，采用微电极阵列，既可以在保持单个微电极优异性能的同时通过并联的电极放大检测信号，又可以通过增加传感器的冗余来提高总的测量的可靠性。最先将阻抗检测技术运用到平面微电极监测细胞形态变化的是两位先驱=Giaever和Keese。他们专利技术的细胞阻抗传感器能够实时，无损，无标记地检测细胞阻抗。随着科技的发展，微电极阵列以其 快速的时间响应常数，较小的极化电流，较高的传质速度等优点在生物医学、电化学、分析化学等领域引起了越来越多研究者的重视。Richard A.Normann等人制作了以单晶娃为基底,在的面积上包含了 100根针式电极的微电极阵列，用于刺激中枢神经系统的神经细胞(Normann R.A., et al.1EEECNF, 1989, 3:939-940) ο Stephen M.Radlke等人制作了基于硅基底的金电极阵列，用于检测食物中的 0157:Η7 病毒(Stephen R, et al.Biosensors and Bioelectronics, 2005, 20:1662-1667)。K.Dill等人则将高密度微电极阵列应用于电化学免疫检测中(K.Dill, etal.Biosensors and Bioelectronics, 2004, 20:736-742) ? 国内中科院应用化学研究所的张君等人利用丝网印刷技术制备了薄膜微电极，对制作过程中的各步骤做了详细的研究和分析(张君，等.分析化学，2005，33:1045-1048)。中科院电子学研究所的刘敬伟等人则利用体硅加工工艺，采用各向异性硅腐蚀及SU-8微反应池方法制成了新型的体硅加工微电极(刘敬伟，等.仪器仪表学报，2004，25 (4): 144-147)。浙江大学刘清君等人采用微机械加工技术，在硅基底上设计了直径为20~50μπι的20通道金微电极阵列，用以构建能实时、连续、定量跟踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器，用于细胞与电极间的阻抗测试研究。通过对培养在微电极表面24h的成骨细胞Saos-2细胞系的阻抗谱测量发现，其阻抗值增加集中在中频IO2~IO4Hz之间，结果符合细胞阻抗传感测量的理论模型分析，为进一步的细胞生理和药物分析等研究奠定了良好的基础(刘清君，等.传感技术学报，2009，22 (4): 447-450)。在近几年发展起来的基因工程和纳米技术中，微电极阵列既可以对细胞，DNA等有机大分子进行测定，也可以对微量金属离子等进行测定，因此对微电极阵列的研究成为当前的前沿课题之一。表面处理是微电极阵列应用研究领域的一个重要方面，微电极的表面处理是指在电极表面进行电镀或分子设计，将具有良好化学性质的分子、离子、聚合物等固定在电极表面，排除非测定物质的干扰，使其具有某种特定的电化学性质，能进行选择性极高的电化学反应并提高电极检测的灵敏度。如芮岳峰等人提出了一种在电极点电镀钼黑的方法来增加微电极的有效面积。他们将钼黑电极与未镀钼黑的电极特性进行了对比，对钼黑镀层的机械稳定性也做了相应的测试。实验结果表明，钼黑镀层的纳米结构使钼黑电极相比普通钼电极界面阻抗降低了 1/16 (RUI Y F，et al.Nanotechnology and PrecisionEngineering, 2012, 10(2): 103-107)。中科院的宋轶琳等针对动物离体组织电生理检测的实际需求，设计并制备了一种以载玻片为基底，以微电极阵列为敏感元件，并将灌流装置集成一体的传感器芯片。对芯片的电学性能进行了研究，结果表明，通过在微电极表面电镀修饰钼黑，可有效降低其交流阻抗，提高信噪比(SONG Y L, et al.Nanotechnology andPrecision Engineering, 2011, 9(3):32-34)。然而，目前商品化电极电镀的并不多，主要是由于电镀后的微器件表面往往会出现沉积厚度不均和针孔、麻点等缺陷，直接影响成型微器件的表面质量、复制精度和力学性能，并限制了其应用范围。因此，评估沉积层电镀程度的好坏，改善沉积层厚度的均匀性，提升微电极的灵敏度，是电镀微电极亟需解决的一项重要研究课题。尤其是对高通量多通道的分析实验，不同形状、不同尺度的微电极电镀的差异性会导致在相同测试条件下微电极体阻抗的不同，使得后续的生物测试不具有可比性。而目前对于电极表面处理的效果还没有较直观的理论仿真测试，国内外关于评估微电极表面电镀均匀性的报道也相对较少，只能采用电化学方法 、光谱法、波谱法、QCM和显微学等实验方法等进行间接测试和直接观察。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种。本专利技术的目的通过以下的技术方案来实现:一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置，装置包括电源、待电镀传感芯片组件和一个阻抗测试系统。所述待电镀传感芯片组件包括腔体，腔体中部有能容纳离子液体的腔室，腔室中间有两根对称放置的竖直电极，竖直电极浸于腔室中的离子液体内但不接触腔底，电极分别为钼电极和银-氯化银电极，腔室底部是一个固设与腔体中的传感芯片?’传感芯片包括硅基底，一组在腔室内硅基底上的电极阵列以及两个在腔室外硅基底上的接点，其中一接点与电源相连，可通过三电极法进行电极阵列的表面电镀处理，另一接点与所述一个阻抗测量系统连接，可通过电化学方法研究电极电镀前后表面体阻抗的变化。所述阻抗测量系统包括计算机以及阻抗分析仪或电化学工作站。所述电源为数控单/双脉冲电镀电源。电镀电源分别连接钼电极，银一氯化银电极和一接点。在电镀时钼电极和银一氯化银电极分别作为对电极和参比电极，通过接点与传感芯片上的电极阵列构成三电极体系。[0011 ] 所述传感芯片为细胞阻抗传感(Electric Cell一substrate ImpedanceSensing,ECIS)电极芯片。指在玻璃或硅基底上，用微电子加工技术将Au、Ir或Pt等金属沉积其上形成电极和引线，采用钝化层保护引线，在电极上暴露接触位点，传输并记录细胞形态、迁移速度等参数的细胞传感芯片。传感芯片电极可设计为叉指型细胞电阻抗电极阵列(Interdigitated array, IDA)或圆盘形ECIS电极阵列，或同时包括IDA电极阵列和圆盘形ECIS电极阵列。本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置，包括电源（1）、待电镀传感芯片组件（2）和一个阻抗测试系统（3），其特征在于：所述待电镀传感芯片组件（2）包括腔体（4），腔体（4）中部有能容纳离子液体的腔室（5），腔室（5）中间有两根对称放置的竖直电极（6），竖直电极（6）浸于腔室（5）中的离子液体内但不接触腔底，竖直电极（6）为铂电极（6.1）和银‑氯化银电极（6.2），腔室（5）底部是一个固设于腔体中的传感芯片（7）；传感芯片包括硅基底（8），一组在腔室（5）内硅基底（8）上的电极阵列（9），两个在腔室外硅基底（8）上的接点（10.1）、（10.2），接点（10.1）与电源（1）相连，可通过三电极法进行电极阵列（9）的表面电镀处理，接点（10.2）与所述一个阻抗测量系统连接，可通过电化学方法研究电极电镀前后表面体阻抗的变化；所述阻抗测量系统（3），包括计算机（3.1）以及阻抗分析仪或电化学工作站（3.2）。
【技术特征摘要】
1.基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置，包括电源(I)、待电镀传感芯片组件(2)和一个阻抗测试系统(3)，其特征在于:所述待电镀传感芯片组件(2)包括腔体(4)，腔体(4)中部有能容纳离子液体的腔室(5)，腔室(5)中间有两根对称放置的竖直电极(6)，竖直电极(6)浸于腔室(5)中的离子液体内但不接触腔底，竖直电极(6)为钼电极(6.1)和银-氯化银电极(6.2),腔室(5)底部是一个固设于腔体中的传感芯片(7);传感芯片包括娃基底(8)，一组在腔室(5)内硅基底(8)上的电极阵列(9)，两个在腔室外硅基底(8)上的接点(10.1)、(10.2)，接点(10.1)与电源(I)相连，可通过三电极法进行电极阵列(9)的表面电镀处理，接点(10.2)与所述一个阻抗测量系统连接，可通过电化学方法研究电极电镀前后表面体阻抗的变化；所述阻抗测量 系统(3)，包括计算机(3.1)以及阻抗分析仪或电化学工作站(3.2)。2.根据权利要求1所述的微电极阵列电镀装置，其特征在于:电源为数控单/双脉冲电镀电源；电镀电源分别连接钼电极(6.1)、银-氯化银电极(6.2)、接点(10.1);在电镀时钼电极(6.1)和银-氯化银电极(6.2)分别作为对电极和参比电极，通过接点(10.1)与芯片上的电极阵列(9)构成三电极体系。3.根据权利要求1所述的微电极阵列电镀装置，其特征在于:所述传感芯片(7)为细胞阻抗传感电极芯片；传感芯片电极设计为叉指型细胞电阻抗电极阵列或圆盘形ECIS电极阵列或同时包括IDA电极阵列和圆盘形ECIS电极阵列。4.根据权利I或3所述的微电极阵列电镀装置，其特征在于:所述电化学方法包括交流阻抗法或循环伏安法，其电信号是一种频率的交流信号或多种频率交流信号。5.一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀效果的评估方法，使用如权利要求1所述的装置，其特征在于该方法包括: 步骤A输入微电极阵列尺寸参数，电镀纳米颗粒的尺寸参数范围，设置实验次数，迭代次数及迭代步长； 步骤B根据电极尺寸及形状自适应划分方形网格区域； 步骤C随机生成电镀纳米颗粒并将空间位置信息与网格建立映射关系； 步骤D根据电镀纳米颗粒的互斥性关系，采用区域分解，网格搜索的方法进行纳米颗粒互斥性判断，若纳米颗粒互斥则重新随机产生纳米颗粒位置信息和半径，直到达到设定最大迭代次数并记录电极上纳米颗粒的贴附度，再进行下一次实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，胡正添，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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