用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片及其电极阵列芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片及其电极芯片阵列，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积的中央电极(1)；在同一基底上设置的围绕所述中央电极(1)的组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；组合式圈电极构成随着贴壁单细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积。多对中央电极与组合式圈电极构成的测量电极所组成的电极芯片阵列，构成随着贴壁单细胞阵列在生长、分裂增殖情况下所需的逐渐增大的测量面积。随着细胞分裂增殖，细胞贴壁面积逐渐扩大，电极的组合方式随之改变，可实现检测单细胞形成的单克隆细胞群的阻抗变化，从电阻抗的变化过程分析细胞的周期、增殖等行为。

Electrode Chip and Electrode Array Chip for Electrical Impedance Detection of Adherent Single Cells

The utility model discloses an electrical impedance detection electrode chip for adherent single cell and its array of electrode chips, which comprises a central electrode (1) less than or equal to the projection area of a single cell suspension, a combined ring electrode arranged around the central electrode (1) on the same substrate, a pair of measuring electrodes formed by the central electrode and the combined ring electrode, and a combined ring electrode structure. The measured area increases gradually with the growth of adherent cells. The array of electrode chips consisting of multiple pairs of central electrodes and combined coil electrodes constitutes the measuring area needed to increase gradually with the growth, division and proliferation of adherent single cell arrays. With cell division and proliferation, cell adherence area gradually enlarges, and the combination of electrodes changes accordingly. It can detect the impedance changes of monoclonal cell population formed by single cells, and analyze the cell cycle and proliferation behavior from the change process of electrical impedance.

【技术实现步骤摘要】
用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片及其电极阵列芯片
本技术涉及生物细胞阻抗检测、微电极的设计技术等多种领域，特别是涉及一种细胞电阻抗检测电极芯片设计。
技术介绍
由于细胞之间存在着异质性，很多生物学研究从群体细胞的平均效应获得的结果，并不能给出足够有用的信息，因此，单细胞研究成为近年来的热点。在许多癌症的诊断中，我们可以发现，病变组织中的“关键细胞”的增殖、分化能力较强，而且有些还会转移，这是造成病情恶化的重要原因之一，所以，从单细胞水平对细胞状态的增殖、分化、迁徙等生物学特征进行研究具有重要意义。有研究者证明，采用细胞电阻抗技术，可以从单细胞水平对细胞状态进行监测和研究(Kurzetal.)。由于技术本身的无损伤、非标记，且可以进行长时间的状态监测，因而采用细胞电阻抗技术进行单细胞研究具有独特的优势。实现单细胞电阻抗检测一般要对单个细胞精确操作，高效地把单个活细胞无损地捕获在电极上，让细胞在电极上粘附生长(即贴壁)，才能通过对细胞电阻抗进行检测，实现细胞状态的监测。这不仅需要高效地捕获细胞，更重要的是，要检测贴壁单细胞的电阻抗，电极的设计是关键。已有电极设计能够实现对细胞贴壁等短期行为的检测，但难以实现长时间监测。如何让电极具备足够的灵敏度能检测到贴壁单细胞的状态变化，并且进一步监测长时间内单细胞的生长、分裂增殖、细胞周期等生物学行为，同时又能满足一般微加工工艺对玻璃电极的要求，在有限的单个层面上布局足够多的电极数目，实现阵列式单细胞检测，这是电极设计的重点也是难点，是本技术解决的问题。
技术实现思路
本技术目的是提出一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片及其阵列，利用组合式圈电极构成随着贴壁单细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，并且可以利用该电极系统构建出电极阵列芯片，实现贴壁细胞及其生长过程中的电阻抗检测。本技术的一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积中央电极1；在同一基底上设置的围绕所述中央电极1的组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线将电极和芯片边缘的焊盘连接起来；电极引线上均覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极2和外圈电极3。本技术的一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极阵列芯片，包括多对中央电极与组合式圈电极构成的测量电极所组成的电极阵列，构成随着贴壁单个细胞阵列在生长、分裂增殖情况下所需的逐渐增大的测量面积；在同一基底上设置的围绕所述中央电极(1)的所述组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线连接电极和芯片边缘焊盘；电极引线上覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极(2)和外圈电极(3)。本技术的一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积的中央电极1；在同一基底上设置的围绕所述中央电极1的组合式圈电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线；电极引线上覆盖的一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在捕获之后，生长、分裂增殖情况下所需的逐渐增大的测量面积；所述组合式圈电极至少包括内圈电极2和外圈电极3，所述中央电极1和组合式圈电极之间施加的交流电场，用于吸引悬浮的单个细胞到中央电极1上，捕获悬浮的单个细胞。本技术的一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极阵列芯片，包括多对中央电极与组合式圈电极构成的测量电极所组成的电极阵列，所述各个中央电极1和各个组合式圈电极之间施加的交流电场，用于吸引悬浮的单个细胞到各个中央电极1上，捕获多个悬浮的单个细胞；构成随着贴壁的单个细胞在捕获之后，生长、分裂增殖情况下所需的逐渐增大的测量面积；在同一基底上设置的围绕所述中央电极1的所述组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线连接电极和芯片边缘焊盘；电极引线上覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极2和外圈电极3。与现有技术相比，本技术设计方案的优势在于当单个细胞捕获在中央电极并贴壁生长时，内圈电极与中央电极工作，检测单个细胞的阻抗，随着细胞分裂，细胞贴壁面积逐渐扩大，到接近内圈电极面积时，外圈电极和内圈电极工作，检测单个细胞形成的单克隆阻抗变化，从电阻抗的变化过程分析细胞的周期、增殖等行为；通过设置扩展外圈电极，能够实现当一个细胞分裂增殖出来更多细胞情形下的细胞阻抗检测。利用电极阵列可以同时实现待测区域中的阵列式排布的多个单细胞贴壁后，生长以及分裂增殖情形下的电阻抗检测。附图说明图1为一种用于贴壁细胞的电阻抗检测电极结构示意图；图2为一种用于贴壁细胞的电阻抗检测电极的绝缘层结构示意图；图3为一种用于贴壁细胞的电阻抗检测电极芯片结构剖面图；图4为本技术实施例的多个单细胞检测单元的电极阵列芯片全貌示意图；方框内的部分是与图1对应的结构；附图标记：1、中央电极，2、内圈电极，3、外圈电极，4、电极引线；5、绝缘层(与图1对应)，6、无绝缘层结构，7、芯片基底，8、焊盘。具体实施方式下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步的详细描述。面将结合附图对本技术的实施方式作进一步的详细描述。以如图1至图2所示的用于贴壁细胞的电阻抗检测电极结构为实施例。其中，包括位于最中间的小电极为中央电极1，另外设置了内圈电极2和外圈电极3，从外围包围中央电极1，内圈电极2和外圈电极3的面积逐渐增大；在中央电极1、第一外围电极2和第二外围电极3分别设置电极引线；悬浮细胞与中央电极1尺寸接近，因此中央电极1与电极2或电极3配合可将单个细胞捕获到电极1上，细胞贴壁后与电极2的尺寸接近，此时电极1和内圈电极2用于检测；贴壁细胞进一步分裂增殖，面积逐渐扩大到外圈电极3的面积，此时电极1和电极2短接作为一个电极与电极3一起用于检测。具体的说，中央电极1的形状为圆形，直径为5～15微米，所述内圈电极2为围绕中央电极1的圆环，圆环的内外直径为7～50微米，其中内径比中央在电极1的外径大；所述外圈电极3的形状为围绕内圈电极2的圆环，圆环的内外直径为15～200微米，其中内径比内圈电极2的外径大，所述外圈电极3外围还可设置更多扩展外圈电极。中央电极1、内圈电极2、外圈电极3各自独立、相互不连通；所有电极通过引线连接到芯片边缘并与后端阻抗检测电路连接。电极的组合方式根据需要进行调整。作为电阻抗测量所需的一对电极，不同电极之间可以组合来进行阻抗检测，成对组合方式有中央电极1和内圈电极2、中央电极1和外圈电极3、内圈电极2与外圈电极3组合、内圈电极2和外圈电极3短接后再与中央电极1组合，中央电极1和内圈电极2短接后再与外圈电极3组合，中央电极1和外圈电极3短接后再与内圈电极2组合，这6种，外圈如果再扩展电极会相应增加更多组合方式。也就是，相邻电极或者不同电极的短接可以再和其外部或内部相邻的电极形成组合电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，其特征在于，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积的中央电极(1)；在同一基底上设置的围绕所述中央电极(1)的组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线连接电极和芯片边缘焊盘；电极引线上覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极(2)和外圈电极(3)。

【技术特征摘要】
1.一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，其特征在于，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积的中央电极(1)；在同一基底上设置的围绕所述中央电极(1)的组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线连接电极和芯片边缘焊盘；电极引线上覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极(2)和外圈电极(3)。2.如权利要求1所述的一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，其特征在于，电极之间构成一对电极组合进行阻抗检测，中央电极(1)、内圈电极(2)、外圈电极(3)之间总共包括了以下6种组合方式：中央电极(1)和内圈电极(2)组合，中央电极(1)和外圈电极(3)组合，内圈电极(2)和外圈电极(3)组合，中央电极(1)、内圈电极(2)短接再和外圈电极(3)组合，内圈电极(2)和外圈电极(3)短接后再与中央电极(1)组合，中央电极(1)和外圈电极(3)短接再和内圈电极(2)组合。3.一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极阵列芯片，其特征在于，包括多对中央电极与组合式圈电极构成的测量电极所组成的电极阵列，构成随着贴壁单个细胞阵列在生长、分裂增殖情况下所需的逐渐增大的测量面积；在同一基底上设置的围绕所述中央电极(1)的所述组合式圈电极；所述中央电极与组合式圈电极构成一对测量电极；所述中央电极、组合式圈电极上分别设置电极引线连接电极和芯片边缘焊盘；电极引线上覆盖一层绝缘层；组合式圈电极构成随着贴壁的单个细胞在生长情况下所需的逐渐增大的测量面积，所述组合式圈电极至少包括内圈电极(2)和外圈电极(3)。4.一种用于贴壁单细胞的电阻抗检测电极芯片，其特征在于，包括小于或等于单个细胞悬浮时投影面积的中央电极(1)；在同...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢新武，徐新喜，田丰，杜耀华，吴金辉，胡名玺，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，
类型：新型
国别省市：天津,12