CN110143569A - 微电极膜片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微电极膜片的制备方法，属于生物电极技术领域，其可解决采用现有的微电极膜片制备方法形成的微电极与生物体接触的紧密度低的不足。本发明微电极膜片的制备方法，包括：在临时基底上形成至少一个凹槽；在凹槽中形成微电极植晶；利用微电极植晶在凹槽中生长形成微电极；使第一基底与临时基底具有凹槽的一侧接触；使微电极和临时基底分离，以将微电极转移至第一基底上。

Description

微电极膜片的制备方法
技术领域
本发明涉及生物电极技术领域，具体地，涉及一种微电极膜片的制备方法。
背景技术
微电极膜片一般包括基底和设置在基底上的微电极，微电极是一种微型化电极，其为至少在一维尺度上不大于200μm的电极。微电极由于尺寸小而具有一些常规电极无法比拟的性质，如具有电流密度高、响应速度快、信噪比高等特点。因此，其越来越被广泛的应用于生物体(如，人、动物的组织、器官)的检测、刺激等生物领域。
采用微电极膜片检测、刺激生物体的基本原理为：将微电极膜片贴在生物体上，使其中的微电极与生物体接触，采集装置通过微电极采集生物体的电信号(电压)，以实现对生物体的检测；以及，刺激装置通过微电极向生物体输出刺激信号(电流)，以实现对生物体的刺激。
微电极膜片的微电极与生物体的有效接触面积(当微电极膜片与生物体接触时，微电极表面能与生物体接触的部分的面积比)对最终的检测结果、刺激结果有很大的影响，例如，当刺激装置输出相同的刺激信号，上述面积比越大，则生物体受到的刺激信号越强。因此，为了保证最终检测、刺激结果的准确性，微电极的形状最好是与生物体的形状、具体的应用场景相适应的形状。然而，生物体的形状千差万别，且应用场景多种多样，故微电极的形状需要多种。
虽然，参见图1a、1b，目前微电极的形状包括针状、柱状、纳米草以及多孔状等，但是形成这些微电极的微电极膜片制备工艺各不相同，即目前形成多种不同形状的微电极的制备工艺比较复杂。
发明内容
本发明至少部分解决现有的形成多种不同形状的微电极的制备工艺复杂的问题，提供了一种工艺简单的微电极膜片的制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微电极膜片的制备方法，包括：
在临时基底上形成至少一个凹槽；
在所述凹槽中形成微电极植晶；
利用所述微电极植晶在所述凹槽中生长形成微电极；
使第一基底与所述临时基底具有所述凹槽的一侧接触；
使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上。
可选地，所述临时基底为硅基底，所述微电极植晶包括掺硼金刚石，所述第一基底包括聚酰亚胺。
可选地，所述在临时基底上形成至少一个凹槽，包括：
通过构图工艺在所述临时基底上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡上的开口对应预定形成所述凹槽的位置；
用刻蚀液对所述临时基底进行刻蚀，以在所述临时基底上形成所述凹槽。
可选地，所述用刻蚀液对所述临时基底刻蚀进行刻蚀，包括：对所述临时基底进行各向同性刻蚀。
可选地，所述对所述临时基底进行各向同性刻蚀，包括：将所述临时基底置于所述刻蚀液中，且在所述临时基底刻蚀过程中搅拌所述刻蚀液。
可选地，所述开口为圆形。
可选地，所述在所述凹槽中形成微电极植晶，包括：
在所述临时基底上具有所述凹槽的一侧形成微电极植晶层，将所述微电极植晶层上位于所述凹槽之外的微电极植晶刻蚀掉。
可选地，在所述利用所述微电极植晶在所述凹槽中生长形成微电极和所述使第一基底与所述临时基底具有所述凹槽的一侧接触之间，还包括：
采用构图工艺，在所述临时基底上形成至少一条与所述微电极相连的引线；
使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上中，还包括：
使所述引线和所述临时基底分离，以将所述引线转移至所述第一基底上。
可选地，每个所述微电极与一条所述引线对应相连。
可选地，所述引线的厚度为10μm至50μm；
所述引线的宽度为20μm至100μm。
可选地，在使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上之后，还包括：
在所述第一基底具有微电极的一侧形成第二基底，所述第二基底上形成有供所述微电极穿过的通孔。
可选地，所述在临时基底上形成至少一个凹槽包括：在所述临时基底上形成多个阵列排布的所述凹槽。
附图说明
图1a为柱状掺硼金刚石电极的示意图；
图1b为纳米草状掺硼金刚石电极的示意图；
图2a为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的第一凹槽结构示意图；
图2b为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的第二凹槽结构示意图；
图2c为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的第三凹槽结构示意图；
图3a为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤11后形成的微电极膜片的示意图；
图3b为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤12后形成的微电极膜片的示意图；
图3c为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤13后形成的微电极膜片的示意图；
图3d为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤13a后形成的微电极膜片的示意图；
图3e为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤14后形成的微电极膜片的示意图；
图3f为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤15后形成的微电极膜片的示意图；
图3g为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的步骤16后形成的微电极膜片的示意图；
图4为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的一种微电极膜片的结构示意图；
图5为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的一种流程图；
图6为本发明提供的微电极膜片的制备方法的实施例的另一种流程图；
其中的附图标记说明：01、微电极；011、微电极植晶；02、引线；031、第一基底；032、第二基底；04、临时基底；40、凹槽；41、第一凹槽、42、第二凹槽、43、第三凹槽。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种微电极膜片的制备方法作进一步详细描述。
实施例：
参见图1至6，本实施例提供一种微电极膜片的制备方法，采用该方法制备得到的微电极膜片的产品形态可以参见图3f、图3g、图4。参见图5，该方法可以包括：
步骤11、在临时基底04上形成至少一个凹槽40，参见图3a。
该步骤中，可以采用构图工艺在临时基底04上形成凹槽40，其中，凹槽40的形状、数量等工艺参数可以根据实际需要而设置。
步骤12、在凹槽40中形成微电极植晶011，参见图3b。
步骤13、利用微电极植晶011在凹槽40中生长形成微电极01，参见图3c。
该步骤中，微电极植晶011在凹槽40中生长，故形成的微电极01的形状与凹槽40的形状相同，即凹槽40的形状定义了微电极01的形状。
步骤14、使第一基底031与临时基底04具有凹槽40的一侧接触，参见图3e。
该步骤中，第一基底031可以采用涂覆的方式形成于临时基底04具有凹槽40的一侧，以使微电极01对应凹槽40开口的表面与第一基底031接触且连接在一起。
步骤15、使微电极01和临时基底04分离，以将微电极01转移至第一基底031上，参见图3f。
上述方案中，凹槽40的形状定义了微电极01的形状，原则上，在临时基底04上能够形成何种形状的凹槽40，即可得到相应形状的微电极01，同时，在临时基底04上形成多种不同形状的凹槽40比较容易实现，例如采用构图工艺，因此，采用上述方案的微电极膜片的制备方法能够根据实际需要生成相应形状的微电极01，进而，提高了采用生物检测的检测结果的准确度，以及提升了生物刺激的刺激效果。
可选地，临时基底04为硅基底，微电极植晶011包括掺硼金刚，第一基底031包括聚酰亚胺。
掺硼金刚石(BDD)作为一种生物电极具有良好的生物相容性以及电化学稳定性，能在生物体环境中实现长时间的工作而其导电性能不受影响。同时，掺硼金刚石(BDD)电极又具有宽的势窗、低的背景电流、高信噪比等优点，是一种用于生物检测、刺激电极的理想材料。
硅基底易于形成凹槽40，同时，硅材质适用于掺硼金刚石的生长，其不影响掺硼金刚石植晶的生长，且生长形成的微电极01比较容易与硅基底分离。
聚酰亚胺是具有柔性特性的高分子材料，因此，当需要微电极膜片紧贴在生物体上时，第一基底031能够根据生物体的形状而进行弯折、弯曲，且不会对生物体造成损伤。
可选地，参见图6，步骤11，包括：
步骤11a、通过构图工艺在临时基底04上形成第一刻蚀阻挡层，第一刻蚀阻挡上的开口对应预定形成凹槽40的位置。
该步骤中，在临基底上涂覆光刻胶层，对光刻胶层进行光刻，以在光刻胶层上形成开口(通孔)，即得到第一刻蚀阻挡层，第一刻蚀阻挡层上的开口用于定义凹槽40的顶部开口的形状。
步骤11b、用刻蚀液对临时基底04进行刻蚀，以在临时基底04上形成凹槽40。
可选地，上述步骤11b中的用刻蚀液对临时基底04进行刻蚀，包括：对临时基底04进行各向同性刻蚀。
其中，各向同性刻蚀是指对临时基底04进行各方向的刻蚀效果相同的刻蚀，从而刻蚀后的临时基底04上形成的凹槽40的侧壁呈圆弧状结构，参见图2a和图3a，从而在该凹槽40内形成的微电极01的表面也是圆弧状的，故微电极01可以很友好的贴合在生物体上。
可选地，对临时基底04进行各向同性刻蚀，包括：将临时基底04置于各向同性刻蚀液中，且在临时基底04刻蚀过程中搅拌各向同性刻蚀液。
其中，通过搅拌，可使刻蚀液部分位置的成分分布更为均匀，从而临时基底04被刻蚀后，其上形成的凹槽40的侧壁形状可以参见图3a，同时图3a中的凹槽40的开口为圆形，则图3a中的凹槽40为部分球状结构(整个圆球的一部分)，故在图3a中的凹槽40内形成的微电极01也是部分球状结构，其表面各处曲率相同，从而避免了电荷的集中，降低了尖角放电的风险。
同时，相较于针状、柱状、纳米草以及多孔结构的微电极01，该部分球状结构的微电极01与生物体接触的紧密度更高，即微电极01与生物体的有效接触面积更大，且降低了因微电极01与生物体接触、摩擦，而对生物体造成伤害的风险，从而，提升了微电极01对生物体的检测和刺激的性能。
当然，对临时基底04进行各向同性刻蚀也可以包括：将临时基底04置于各向同性刻蚀液中，且在临时基底04刻蚀过程中不对各向同性刻蚀液进行搅拌，则在临时基底04上形成第一凹槽41，其形状参见图2a。
同时，为在临时基底04上形成其他形状的凹槽，还可以对临时基底04进行各向异性刻蚀等其它刻蚀，例如，将临时基底04置于各向异性刻蚀液中，且在临时基底04刻蚀过程中，搅拌各向异性刻蚀液，则在临时基底04上形成第二凹槽42，其形状参见图2b；再例如，将临时基底04置于各向异性刻蚀液中，且在临时基底04刻蚀过程中，不搅拌各向异性刻蚀液，则在临时基底04上形成第三凹槽43，其形状参见图2c。
可选地，参见图6，步骤12包括：
步骤12a、在临时基底04上具有凹槽40的一侧形成微电极植晶层。
步骤12b、将微电极植晶层上位于凹槽40之外的微电极植晶刻蚀掉。
在步骤12a和步骤12b之间，在微电极植晶层上形成第二刻蚀阻挡层，可以采用光刻工艺使第二刻蚀阻挡层仅覆盖在每个凹槽40内的微电极植晶层上，然后，将微电极植晶层上未被第二刻蚀阻挡层覆盖部分(位于凹槽40之外的部分)刻蚀掉。其中，第二刻蚀阻挡层可以是铝掩膜，当然也可以是其他材质，能够对微电极植晶层的刻蚀液有阻挡作用的阻挡材料层即可。在该步骤12a之后，还可以包括将每个凹槽40内的第二刻蚀阻挡层刻蚀掉。
可选地，参见图6，在步骤13和步骤14之间还包括：步骤13a、采用构图工艺，在临时基底04上形成至少一条与微电极01相连的引线02，参见图3d。
此时，参见图6，以上步骤15中包括：使引线02和临时基底04分离，以将引线02转移至第一基底031上，参见图3f。
该方案中，引线02可以采用与微电极01相同的材质，引线02的制备过程可以包括：通过构图工艺在临时基底04上形成具有至少一个通孔的第三刻蚀阻挡层，第三刻蚀阻挡上的通孔对应预定形成引线02的位置；在第三刻蚀阻挡上的通孔中形成引线植晶，利用引线植晶在第三刻蚀阻挡上的通孔中生长形成引线02。
当形成了微电极01、引线02后，需要将微电极01和引线02也一起转移到第一基底031上。
可选地，为了使不同的微电极01能并行输入不同的电信号，每个微电极01与一条引线02对应相连。
可选地，引线的厚度为10μm至50μm；引线的宽度为20μm至100μm。
以图4中的微电极01为例，其直径可以为10μm至200μm。引线02的宽度优选地不大于微电极01的直径尺寸。上述尺寸范围的引线02具有一定强度，故引线02不易损坏，同时，上述尺寸范围的引线02具有一定的韧性，故引线02可以弯折，而不易损坏。
可选地，参见图6，在步骤15之后，还包括步骤16、在第一基底031具有微电极01的一侧形成第二基底032，第二基底032上形成有供微电极01穿过的通孔，其中，第一基底031和第二基底032贴合在一起，参见图3g、图4。
该步骤中，引线02被夹在了第一基底031和第二基底032之间，故在微电极膜片进行弯折和卷曲时，第一基底031和第二基底032能够使引信保持的位置不变。
可选地，上述步骤11包括：在临时基底04上形成多个阵列排布的凹槽40。
该方案中，在临时基底04上形成多个阵列排布的凹槽40，则在后续的步骤中得到的微电极膜片的第一基底031上可以有多个阵列排布的微电极01，参见图4，因此，该微电极膜片具有更快的响应速度、更高的灵敏度以及更大的电流密度，能够有效的解决微型化的单个为电极电流小的问题。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种微电极膜片的制备方法，其特征在于，包括：
在临时基底上形成至少一个凹槽；
在所述凹槽中形成微电极植晶；
利用所述微电极植晶在所述凹槽中生长形成微电极；
使第一基底与所述临时基底具有所述凹槽的一侧接触；
使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上。
2.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述临时基底为硅基底，所述微电极植晶包括掺硼金刚石，所述第一基底包括聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述在临时基底上形成至少一个凹槽，包括：
通过构图工艺在所述临时基底上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡上的开口对应预定形成所述凹槽的位置；
用刻蚀液对所述临时基底进行刻蚀，以在所述临时基底上形成所述凹槽。
4.根据权利要求3所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述用刻蚀液对所述临时基底刻蚀进行刻蚀，包括：对所述临时基底进行各向同性刻蚀。
5.根据权利要求4所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述对所述临时基底进行各向同性刻蚀，包括：将所述临时基底置于所述刻蚀液中，且在所述临时基底刻蚀过程中搅拌所述刻蚀液。
6.根据权利要求3所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述开口为圆形。
7.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述在所述凹槽中形成微电极植晶，包括：
在所述临时基底上具有所述凹槽的一侧形成微电极植晶层，将所述微电极植晶层上位于所述凹槽之外的微电极植晶刻蚀掉。
8.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，在所述利用所述微电极植晶在所述凹槽中生长形成微电极和所述使第一基底与所述临时基底具有所述凹槽的一侧接触之间，还包括：
采用构图工艺，在所述临时基底上形成至少一条与所述微电极相连的引线；
使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上中，还包括：
使所述引线和所述临时基底分离，以将所述引线转移至所述第一基底上。
9.根据权利要求8所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，每个所述微电极与一条所述引线对应相连。
10.根据权利要求8所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述引线的厚度为10μm至50μm；
所述引线的宽度为20μm至100μm。
11.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，在使所述微电极和所述临时基底分离，以将所述微电极转移至所述第一基底上之后，还包括：
在所述第一基底具有微电极的一侧形成第二基底，所述第二基底上形成有供所述微电极穿过的通孔。
12.根据权利要求1所述的微电极膜片的制备方法，其特征在于，所述在临时基底上形成至少一个凹槽包括：在所述临时基底上形成多个阵列排布的所述凹槽。
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