CN115462787B - 基于微电极阵列的传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于微电极阵列的传感器，涉及生物医学领域，其特别适合用于医学诊断目的的测量。本申请的传感器包括：衬底、导电层、感测层和参比电极层；其中，导电层位于衬底的至少一个表面上；感测层和参比电极层位于导电层上；感测层用于感测分析物的存在或水平或生理指标的水平；其中，至少部分所述导电层呈点阵排列，以形成点阵电极层。根据本申请的基于微电极阵列的传感器，具有较长的使用寿命，能够实现对多种分析物或生理指标的连续监测，能够对多种分析物或生理指标同时监测并且具有多种分析方法并存的优势，能够协助生物体进行自我调节，并且能够被微创或全部植入。

Description

基于微电极阵列的传感器

技术领域

本申请涉及生物医学技术领域，尤其涉及一种基于微电极阵列的传感器，其特别适合用于医学诊断目的的测量。

背景技术

微电极阵列是一种基于微电子机械系统（MEMS）制造工艺制备的点阵电极，其尺寸小，集成度高、能够多点位同时记录，广泛应用于生物学研究。例如，监测细胞活性、监测及筛选神经网络电生理活性（如心肌细胞、神经元的电生理活性等）。另外，微电极阵列还可以用于脑机接口，例如在脑内/运动皮层植入微电极阵列以控制机械臂、假肢的基本动作等；以及用于神经假体，例如用于人工耳蜗以改善用户听觉、用于视觉假体以改善用户视觉等。

此外，本领域存在用于在体内和/或体外测定分析物（例如葡萄糖、乳酸或氧气）水平的电化学传感器。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本申请提供了一种基于微电极阵列的传感器。

一种基于微电极阵列的传感器，包括：衬底、导电层、感测层和参比电极层；其中，所述导电层位于所述衬底的至少一个表面上；所述感测层和所述参比电极层位于所述导电层上；所述感测层用于感测分析物的存在或水平或生理指标的水平；其中，至少部分所述导电层呈点阵排列，以形成点阵电极层。

在一些实施例中，感测层包含对分析物或生理指标具有响应性的酶、蛋白标记物、核酸、化合物或电子元件中的一种或多种。

在一些实施例中，所述酶包括用于监测尿酸、胆固醇、葡萄糖或甘油三酯的酶中的一种或多种；所述蛋白标记物包括用于监测细菌、寄生虫、病毒的特异性识别蛋白标记物中的一种或多种，或用于监测白细胞、红细胞、血小板的特异性识别蛋白标记物一种或多种；所述核酸包括用于监测细菌、寄生虫、病毒的核酸；所述化合物包括用于监测Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+的化合物中的一种或多种；所述电子元件包括用于监测心率、血压的电子元件中的一种或多种。

在一些实施例中，所述感测层位于所述点阵电极层上，和/或所述参比电极层位于所述点阵电极层上。

在一些实施例中，所述传感器进一步包括保护层，所述保护层包含生物相容层。

在一些实施例中，所述传感器进一步包括组件层，所述组件层位于所述衬底上，并连接所述导电层。

在一些实施例中，所述组件层进一步包括储药腔，所述储药腔被配置为存储和释放药物或试剂。

在一些实施例中，所述传感器进一步包括触点，所述触点被配置为连接生物体的器官、组织或细胞，用于调节生物体内所述分析物或所述生理指标的水平。

在一些实施例中，所述传感器进一步包括介电层，所述介电层位于所述衬底上，并覆盖所述衬底的至少一部分。

在一些实施例中，所述感测层位于所述传感器的第一表面，所述参比电极层位于所述传感器的第二表面。

根据本申请的基于微电极阵列的传感器，具有较长的使用寿命，能够实现对多种分析物或生理指标的连续监测，具有对多种分析物或生理指标同时监测以及多种分析方法并存的功能，能够协助生物体进行自我调节，并且适合用作可植入传感器，能够被微创植入或全部植入。根据本申请的基于微电极阵列的传感器，特别适合用作体内分析物传感器。进一步地，根据本申请的基于微电极阵列的传感器，特别适合用作体内分析物连续监测传感器。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的结构示意图；

图2是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的结构示意图；

图3是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的导电层的示意图；

图4是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的导电层的点阵排列示意图；

图5是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的感测层的示意图；

图6是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的参比电极层的示意图；

图7是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的第一导电线路和第二导电线路的连接处的示意图；

图8是根据本申请实施例一的一种基于微电极阵列的传感器的介电层的示意图；

图9是根据本申请实施例二的一种基于微电极阵列的传感器的第一表面的结构示意图；

图10是根据本申请实施例二的一种基于微电极阵列的传感器的第二表面的结构示意图；

图11是根据本申请实施例二的一种基于微电极阵列的传感器的结构示意图；

图12是根据本申请实施例三的一种基于微电极阵列的传感器的结构示意图；

图13是根据本申请实施例三的一种基于微电极阵列的传感器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的，而不是限制本申请的范围。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在相关技术中，存在用于在体内和/或体外测定分析物（例如葡萄糖、乳酸或氧气）水平的电化学传感器。可以使用包含分析物响应酶的电流测量电极来构建这类电化学传感器，或通过使用活性电极而构建不含酶的电化学传感器。体外传感器可检测一种或多种分析物，但无法实现连续监测。体内传感器可实现连续监测，但是受限于植入对体积的要求，一般仅能监测单一或者种类较少的分析物，且传感器使用寿命有限，一般不超过2周。

目前的连续监测传感器，只能对分析物实现监测，不能对分析物水平进行响应而自动采取干预措施，一般仍需要在提供分析物水平信息后由医务人员或患者手动采取治疗或干预措施，或联合其他设备实现自动给药或其他治疗。

另外，在相关技术中，用于体外细胞筛选和体内神经假体的微电极阵列通常采用体外或者全侵入式，在微创植入领域报告较少。并且，微电极阵列在监测分析物，特别是连续监测领域应用较少。目前，采用普通双电极或多电极系统的连续监测传感器的使用周期或寿命短，而微电极阵列具有多点位，能够有效地延长传感器的使用寿命。然而，目前的微电极阵列仅能监测单一或者种类较少的分析物，不能满足对多种分析物进行同步连续监测的需求。并且，目前的微电极阵列通常采用单一的电刺激方式进行信号的传输，传输方式较为单一。此外，目前的分析物连续监测传感器，例如连续血糖监测（Continuous-Glucose-Monitoring，CGM）只能对分析物进行监测，不能协助人体调节分析物水平。

为此，本申请提出了一种基于微电极阵列的传感器，其能够被微创植入或全部植入、同时或分时段检测多种分析物或生理指标、选择性使用有酶/无酶传感技术、能够实现长期监测、具备连接神经突触的能力、能够协助人体进行分析物的自我调节，并且可以多种分析方式并存。

本申请提供的基于微电极阵列的传感器，包括：衬底、导电层、感测层和参比电极层；其中，导电层位于衬底的至少一个表面上；感测层和参比电极层位于导电层上；感测层用于感测分析物的存在或水平或生理指标的水平；至少部分导电层呈点阵排列，以形成点阵电极层。本申请提供的基于微电极阵列的传感器，适合用作体内分析物传感器，特别适合用作体内分析物连续监测传感器。

在一些实施例中，传感器的植入长度为1至20mm、宽度为0.05至10mm、厚度为0.05至5mm；优选地，传感器的植入长度为3至18mm、宽度为0.10至8mm、厚度为0.10至4mm；更优选地，传感器的植入长度为5至16mm、宽度为0.20至6mm、厚度为0.20至3mm；再更优选地，传感器的植入长度为7至14mm、宽度为0.30至4mm、厚度为0.30至2mm；还更优选地，传感器的植入长度为9至12mm、宽度为0.40至2mm、厚度为0.40至1mm。

在一些实施例中，传感器进一步包括保护层，保护层包含生物相容层、分析物通量限制层、强度改进层、抗干扰层或多功能层中的一个或多个。

在一些实施例中，传感器进一步包括组件层，组件层位于衬底上，并连接导电层。

在一些实施例中，传感器的组件层进一步包括储药腔，储药腔被配置为存储和释放药物或试剂。

在一些实施例中，传感器进一步包括触点，触点被配置为连接生物体的器官、组织或细胞，用于调节生物体内所述分析物或所述生理指标的水平。

在一些实施例中，传感器进一步包括介电层，介电层位于衬底上。

下面对本申请的基于微电极阵列的传感器中的各部分进行详细说明。

衬底

在一些实施例中，衬底可以包括前端、中段、末端。前端、中段和末端仅用于表示传感器不同部分的相对位置，对于其划分界限无特别限制。

在一些实施例中，形成衬底的材料包括但不限于塑料、玻璃、陶瓷、纸张、纺织品等。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚对二甲苯（Parylene，派瑞林）、聚二甲基硅氧烷PDMS、ITO导电玻璃、硅片等。优选地，制备衬底的材料为聚对二甲苯（Parylene，派瑞林）薄膜。

在一些实施例中，衬底的长度为5至40mm，宽度为0.05至10mm，厚度为0.02至5mm；优选地，衬底的长度为10至35mm，宽度为0.10至8mm，厚度为0.05至4mm；更优选地，衬底的长度为12至25mm，宽度为0.20至6mm，厚度为0.10至3mm；再更优选地，衬底的长度为16至22mm，宽度为0.30至4mm，厚度为0.20至2mm；还更优选地，衬底的长度为18至20mm，宽度为0.40至2mm，厚度为0.30至1mm。上述厚度和长度范围可自由组合。

在一些实施例中，衬底的植入长度为1至20mm；优选地3至18mm更优选地5至16mm；再更优选地7至14mm；还更优选地9至12mm。

导电层

在一些实施例中，形成导电层的材料包括但不限于贵金属，如金系、银系、铂系及其复合材料等，其他过渡金属如铜系、镍系、钴系、锌系、锰系材料及其氧化物和氢氧化物及其复合材料等。在一些实施例中，形成导电层的材料还可以是具有导电作用的碳系及其复合材料。

在一些实施例中，形成导电层的材料还可以是第四代无酶分析物传感器技术使用的材料。优选地，形成导电层的材料为钼系材料。需要注意的是，形成导电层的材料可以根据实际需要进行选择，例如，还可以是具有催化和信号转换作用的其他材料。

在一些实施例中，形成导电层的加工方式包括但不限于印刷、喷墨打印、电流体喷印（EHD）、点胶、喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射、分子束外延、电化学沉积、蒸发蒸镀、微电子机械系统工艺（MEMS）等工艺。

在一些实施例中，导电层的形状可以是三角形、正方形、长方形、菱形、五边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形等。

在一些实施例中，导电层包括第一导电层、第二导电层。感测层位于第一导电层上，参比电极层位于第二导电层上；或者，感测层位于第二导电层上，参比电极层位于第一导电层上。

在一些实施例中，导电层还包括第三导电层。第三导电层位于衬底的前端。第三导电层可以用于形成对电极。

在一些实施例中，导电层的厚度为0.05至500μm，优选为0.5至100μm，更优选为2至50μm，再更优选为5至10μm。

在一些实施例中，第一导电层、第二导电层和第三导电层的厚度可以相等也可以不相等。例如，第一导电层的厚度为0.05至100μm，优选为0.50至50μm，更优选为1至30μm，再更优选为2至20μm，还更优选为5至10μm。

在一些实施例中，至少部分所述导电层呈点阵排列，形成点阵电极层；所述感测层位于所述点阵电极层上，和/或所述参比电极层位于所述点阵电极层上。应该理解，点阵电极层是指形成点阵排列的多个导电层，例如呈点阵排列的至少2个导电层、至少4个导电层或至少6个导电层等。导电层的排列方式可以根据实际需要选择，即，可以以点阵形式排列，也可以不以点阵形式排列。

在一些实施例中，第一导电层位于衬底的前端，以点阵排列，形成点阵电极层。

在一些实施例中，第二导电层以点阵排列，形成点阵电极层。可以理解，第一导电层和第二导电层可以同时为点阵电极层，并且第二导电层可以与第一导电层以同样的点阵排列方式排列，也可以以不同的点阵排列方式排列。

在一些实施例中，感测层位于第一导电层形成的点阵电极层上，参比电极层位于第二导电层形成的点阵电极层上；或者，感测层位于第二导电层形成的点阵电极层上，参比电极层位于第一导电层形成的点阵电极层上。并且，感测层和参比电极层可以位于同一组点阵电极层上，也可以位于不同组的点阵电极层上。感测层和参比电极层的具体设置位置可以根据不同使用场景的需求进行调整。

在另一些实施例中，第一导电层和第二导电层中的一者是点阵电极层，而另一者不是点阵电极层。例如，感测层位于第一导电层形成的点阵电极层上，而参比电极层位于第二导电层上，第二导电层不以点阵形式排列；或者，参比电极层位于第一导电层形成的点阵电极层上，而感测层位于第二导电层上，第二导电层不以点阵形式排列。

在一些实施例中，以点阵排列的多个导电层形成了点阵电极层，同时进一步形成以点阵排列的多个电极，即点阵电极，又称电极阵列或微电极阵列。在一般情况下，可以认为“点阵电极”与“点阵电极层”为同义词。当感测层位于点阵电极层上时，即形成点阵感测电极，或称为点阵工作电极；当参比电极层位于点阵电极层上时，即形成点阵参比电极；当感测层和参比电极层位于同一组点阵电极层上时，形成点阵混合电极。

在一些实施例中，导电层的长宽比在1至40的范围内，例如1、2、10、20、30或40。其中，导电层矩形以外的其他图形的长宽比为相邻边的长短比，圆形或椭圆形为互相垂直的长短直径比。

在一些实施例中，点阵电极的个数为至少2个，例如至少4个，至少6个、至少10个，2至500个，2至100个，2至20个，2至10个，4至50个等。多个点阵电极可以组成2*1至22*22，优选2*2至5*5的点阵，例如2*1、2*2、2*3、2*5、3*4、4*5、5*10的点阵。其中，每个点阵电极可以具有相同形状，也可以具有不同形状。每个点阵电极可以独立连接一组电极触点，或者多个点阵电极共同连接一组电极触点。

在一些实施例中，点阵电极间的间距为1μm至1500μm，优选为10μm至1250μm，更优选为25μm至1000μm，再更优选为50μm至500μm，还更优选为100μm至300μm，例如，5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm或800μm。其中，点阵电极间在不同方向上的间距可以相同，也可以不同。

在一些实施例中，在点阵电极层的多个点阵电极的间隙内可以填充间隙物质，以使点阵电极间获得良好的介电或导电效果。该间隙物质可以是介电材料或导电材料。具体地，可以是塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、纸张、纺织品、金属、非金属或者聚合物复合材料等。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚对二甲苯（Parylene，派瑞林）、聚二甲基硅氧烷PDMS；碳系材料（石墨、碳纳米管、石墨烯）、金系材料、银系材料、铂系材料及其复合材料等；铜系、镍系、钴系、锌系、锰系材料及其氧化物和氢氧化物及其复合材料等；聚苯胺、聚丙烯PTP、PEDOT和聚吡咯PPy等。

在一些实施例中，点阵电极间的间距可以采用机械雕刻、激光雕刻、光刻、纳米压印、刻蚀、微电子机械系统工艺（MEMS）等工艺形成。优选地，点阵电极之间的间距通过微电子机械系统（MEMS）制造工艺形成。

在一些实施例中，多个点阵电极可以同时工作，也可以先后工作，以保证传感器连续工作，从而提高传感器的使用寿命。

感测层

在一些实施例中，感测层位于导电层上。

在一些实施例中，感测层分布在形成点阵电极层的导电层上。也就是说，当感测层位于点阵电极层上时，可以形成多个感测电极，其中多个感测层位于多个点阵电极层上，从而实现同时和连续的感测。

在一些实施例中，感测层的面积可以大于、等于或者小于导电层。

在一些实施例中，每个感测层可以包括一个或多个感测点，优选包括1至1000000个感测点，例如1个、4个、10个、100个、1000个、10000个或1000000个。也就是说，当感测层位于点阵电极层上时，每个点阵电极层上可以具有一个或多个感测点。一部分点阵电极层，例如用作参比电极的一部分点阵电极，可以没有感测点。

在一些实施例中，感测层的形状可以是三角形、正方形、长方形、菱形、五边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形等。

在一些实施例中，形成感测层的加工方式包括但不限于焊接、吸附、印刷、喷墨打印、电流体喷印（EHD）、点胶、喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射、分子束外延、电化学沉积、蒸发蒸镀等工艺中的一种或多种。根据监测物质的不同，感测层可以通过以上一种或多种工艺形成。优选地，感测层通过点胶形成。

在一些实施例中，感测层包含对分析物或生理指标具有响应性的材料，如分析物响应酶、分析物响应活性材料，或其他酶、核酸、蛋白标记物或其他化合物。更具体地，所述分析物响应酶可以是葡萄糖响应酶，如葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶。

在一些实施例中，形成感测层的材料包括但不限于可用于监测乳酸、尿酸、胆固醇、血糖、甘油三酯的各种酶，如乳酸氧化酶、尿酸酶、胆固醇氧化酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶、甘油三酯酶等；可用于监测细菌、寄生虫、病毒的特异性识别蛋白、核酸及其他特异性识别标记物；可用于监测心率、血压、白细胞、红细胞、血小板的特异性识别蛋白标记物或电子元件等；可用于监测Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+的各种化合物、酶及其他标记物。感测层可以包括以上材料中的一种或多种。由此，感测层可以用于检测或监测多种分析物或者生理指标，，例如两种、三种、四种、五种或更多种类的分析物或生理指标，包括但不限于尿酸、胆固醇、血糖、甘油三酯；细菌、寄生虫、病毒；心率、血压、白细胞、红细胞、血小板；Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等，从而可以实现传感器的多种分析物或生理指标连续监测。

在一些实施例中，形成感测层的材料包含乳酸响应酶或葡萄糖响应酶，例如乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶中的一种或多种。

在一些实施例中，形成感测层的材料还可以包括具备催化和信号转换作用的贵金属如金系、银系、铂系及其复合材料等；其他过渡金属如铜系、镍系、钴系、锌系、锰系材料及其氧化物和氢氧化物及其复合材料等。根据连续监测物质的不同，形成感测层的材料可以是单一材料或多种材料的组合。优选地，形成感测层的材料是具有催化和信号转换作用的材料或特异性识别蛋白标记物。需要注意的是，根据待监测分析物或生理指标的不同，可以使用不同的材料形成感测层。

由此，形成的传感器可以包含酶，也可以不包含酶。例如，基于微电极阵列的传感器可以通过无酶传感器技术检测或监测血糖。

在一些实施例中，感测层可以是液体状或凝胶状，此时，感测层的体积为1fL至1mL。在一些实施例中，单液滴体积为10至500pL，液体滴数为1至100滴。液体或凝胶状感测层的厚度可以为0.1至50μm，例如1至5μm。

在一些实施例中，感测层还可以是固体或者具备识别功能的实体元件，此时，感测层厚度为0.05至5mm，优选为0.5至2mm。

在一些实施例中，感测层可以通过多种分析方式进行感测，包括但不限于电学、光学、声学、热学、力学、电磁学、（电）化学、机械方式等，其可以根据所监测的分析物或者生理指标的不同进行选择。并且，感测层的分析方式可以为单一方式或多种分析方式并存。由此，传感器可以通过一种、两种、三种或更多种分析方法检测分析物或者生理指标。

在一些实施例中，感测层可以使用基于第一代检测技术、第二代检测技术、第三代检测技术、第四代检测技术中的一种或多种的进行检测，由此传感器可以实现不同技术路线的多种检测技术并存。

在一些实施例中，感测层可以用于连续监测或间歇监测。例如，感测层可以每日、每小时、每分钟、每秒持续监测，从而实现传感器的连续监测。或者，感测层可以每日、每小时、每分、每秒内间歇性监测多次，例如每日监测2至10次、每小时监测2至10次、每分钟监测2至10次、每分钟监测11至30次、每秒监测2至10次。

参比电极层

在一些实施例中，参比电极层位于导电层上。

在一些实施例中，参比电极层分布在形成点阵电极层的导电层上。也就是说，当参比电极层位于点阵电极层上时，可以形成多个参比电极，其中多个参比电极层位于多个点阵电极层上。

在一些实施例中，参比电极层的面积可以大于、等于或者小于导电层。

在一些实施例中，参比电极层厚度为0.1至500μm，优选为1至200μm，更优选为5至50μm，再更优选为10至20μm。

在一些实施例中，参比电极层的形状可以是三角形、正方形、长方形、菱形、五边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形等。

在一些实施例中，形成参比电极层的方式包括但不限于印刷、喷墨打印、电流体喷印（EHD）、点胶、喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射、分子束外延、电化学沉积、电镀、蒸发蒸镀等。

在一些实施例中，参比电极层形成参比电极，参比电极用于稳定电势。其中，参比电极可以是Ag/AgCl参比电极，Ag与AgCl的重量含量比例在1:10至10:1之间，优选在5:5至3:2之间。由此，参比电极层能够实现连续稳定的监测。在一些实施例中，传感器可连续监测天数为7至1800天（5年）。

触点

触电可以用于与其他组件建立电连接，例如与传感器的供电电路、控制或通信组件电连接。传感器的感测数据可以通过触点传输到传感器的控制电路或数据存储单元。

在一些实施例中，触点被配置为连接生物体如人体的器官、组织或细胞，如内分泌腺体或神经突触，通过对器官、组织或细胞施加电刺激，以实现对生物体特定分析物或生理指标的调节。

组件层

在一些实施例中，传感器进一步包括组件层，组件层位于衬底上，并连接导电层和/或触点。组件层通过与触点连接，能够协助生物体进行分析物的自我调节。

在一些实施例中，组件层的厚度为0.05至50mm、优选为0.20至40mm、更优选为0.30至30mm、再更优选为0.40至20mm、还更优选为0.50至10mm，例如2mm、5mm或8mm。

在一些实施例中，组件层通过焊接、贴附、嵌入等工艺被修饰到衬底上。优选地，组件层通过焊接被修饰到衬底上。

在一些实施例中，组件层包括但不限于电池电源、信号转换元件、信号放大元件、主控芯片、信息采集元件、信息处理元件、信息存储元件、信息传输元件、温度传感器、温度控制器、滤波器等电子元器件。优选地，组件层包括电池、信号转换元件、信号放大器、控制器、滤波器等。其中，滤波器用于处理信号并消除干扰。

储药腔

在一些实施例中，组件层进一步包括储药腔。其中，储药腔用于存储和释放药物或试剂。例如，当通过本申请的基于微电极阵列的传感器检测到生物体缺少某种物质或者缺少某种用于协调体内分析物水平或生理指标的物质时，可以在储药腔中事先存储该种物质，通过组件层的控制元件的控制将储药腔中的物质释放至体内。这种释放可以一次性完成，也可以分多次完成，可以连续完成，也可以间断地完成。由此，通过设置储存和释放药品或试剂的储药腔，能够为生物体直接提供所需物质，或者通过提供某些物质协助生命体调节体内分析物水平或生理指标。

在一些实施例中，存储在储药腔中的药物或试剂包括胰岛素、促胰岛素分泌剂、降血压药物、抗凝血药物、降胆固醇药物、尿酸排泄促进剂、尿酸生成抑制剂、升血糖物质、降血脂药物、抗生素、杀虫剂、抗病毒制剂或它们的组合。

在一些实施例中，存储在储药腔中的药物可以包括，例如：促进尿酸排泄的苯溴马隆和丙磺舒；抑制尿酸生成的别嘌呤醇和非布林他等；降低胆固醇的安妥明、非诺贝特、吉非罗齐、苯扎贝特等；降低血糖的药物如促胰岛素分泌剂，主要包括磺脲类和格列奈等药物；升高血糖的葡萄糖、胰高血糖素等；降低甘油三酯的非诺贝特吉非罗奇类等药物；或者，抑制细菌、寄生虫、病毒的药物或者抗体等。

保护层

在一些实施例中，传感器进一步包括保护层，保护层覆盖衬底的中段和/或衬底的前端。其中，保护层可以具有多层结构。

在一些实施例中，保护层的厚度为0.5至2000 μm，长度为5至20mm；优选地，保护层的厚度为2至1000 μm，长度为5.5至18mm；更优选地，保护层的厚度为5至500 μm，长度为6.0至15mm；再更优选地，保护层的厚度为10至150 μm，长度为6.5至12mm；还更优选地，保护层的厚度为20至80μm，长度为7.0至10 mm。上述厚度和长度范围可自由组合。

在一些实施例中，形成保护层的工艺方式包括但不限于点胶、旋涂、喷涂、浸涂、刮涂、嵌套、包裹、印刷、喷墨打印、电流体喷印（EHD）、静电纺丝、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射、分子束外延、电化学沉积、蒸发蒸镀等。优选地，形成保护层的工艺方式为旋涂。

在一些实施例中，保护层的至少一部分可以是液体状、凝胶状或固体。例如，保护层可以包含聚乙烯。优选地，保护层为聚乙烯层。

在一些实施例中，保护层可以是实体器件，例如滤波器。

在一些实施例中，保护层可以用于限制分析物或干扰物通量、防止生物淤积、保护内部元件不被腐蚀和破坏、屏蔽环境噪音等。

在一些实施例中，所述保护层可以包含一层或多层结构，例如包含分析物通量限制层、生物相容层、强度改进层、抗干扰层中的一者或多者。其中，分析物通量限制层可以限制体内中的分析物达到传感器感测电极的浓度；生物相容层可以提高传感器的生物相容性；强度改进层可以增强传感器植入部分的强度；抗干扰层可以减少或消除干扰物对传感器监测分析物或生理指标的不利影响。

介电层

在一些实施例中，介电层厚度为1至1000μm，例如5至200μm，优选为10至50μm。

在一些实施例中，介电层为矩形，长宽比为1至40，例如1、2、10、20、30或40。

在一些实施例中，形成介电层的方式包括但不限于印刷、喷墨打印、电流体喷印（EHD）、点胶、喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射、分子束外延、电化学沉积、蒸发蒸镀。在一些实施例中，形成介电层的工艺方式为微电子机械系统（MEMS）制造工艺。

在一些实施例中，形成介电层的材料包括但不限于塑料、玻璃、陶瓷、纸张、纺织品等。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚对二甲苯（Parylene，派瑞林）、聚二甲基硅氧烷PDMS等。优选地，介电层是聚对二甲苯（Parylene，派瑞林）薄膜。

导电线路

在一些实施例中，传感器包括导电线路。在一些实施例中，导线电路用于连接导电层和触点。在一些实施例中，导电线路用于连接组件层和导电层，或用于连接组件层和触点。

在一些实施例中，导电线路分为第一导电线路、第二导电线路和第三导电线路。其中，第一导电线路的第一端连接导电层，第二端连接第二导电线路的第一端。第二导电线路的第二端连接第三导电线路的第一端。第三导电线路的第二端连接触点。由此，实现导电层与触点之间的连接。

在一些实施例中，导电线路连接导电层的个数为1至250个。

在一些实施例中，第一导电线路与第二导电线路的连接处的夹角为1°至180°，例如15°、30°、45°、60°、90°、120°、150°或180°。

根据本申请的基于微电极阵列的传感器，能够通过微电极阵列的多点位设计，实现传感器的连续监测，并延长传感器的使用寿命；通过与生物体突触连接的触点刺激生物体，实现生物体的自我调节；通过设置储药腔，能够协助生物体释放相关物质以实现生物体的自我调节；通过多种材料制成感测层，实现传感器的多种分析物或生理指标同时监测，以及多种分析方法并存的功能。

下面结合附图对本申请实施例进行进一步说明。

实施例一

一种基于微电极阵列的传感器，如图1和图2所示，该传感器包括：衬底1000、前端100、中段101、末端102、第一导电层103、第三导电层104、第二导电层105、感测层106、参比电极层107、第一导电线路108、第二导电线路109、触点110、第三导电线路111、介电层112和保护层113。如图所示，第一导电层103以点阵排列，形成点阵电极层。

其中，前端100、中段101和末端102仅用于表示传感器不同部分的相对位置，对于其划分界线无特别限制。

其中，第一导电层103、第三导电层104位于前端100。第二导电层105位于前端100或中段101。感测层106位于第一导电层103上，参比电极层107位于第二导电层105上。感测层位于点阵电极层上，形成点阵感测电极，或称为点阵工作电极。

第一导电线路108的第一端连接第一导电层103，第二端连接第二导电线路109的第一端。第二导电线路109的第二端连接第三导电线路111的第一端。第三导电线路111的第二端连触点110。

触点110位于传感器的末端102。

介电层112，如图1和图2中的虚线框所示，位于衬底1000的中段101。

保护层113位于传感器的前端100和中段101。

如图3所示，第一导电层103的长宽比（a/b）为1，第三导电层104和第二导电层105长宽比（a/b）为3。

如图4所述，第一导电层103以点阵排列，且在A方向上的间距c为0.8mm，在B方向上的间距d为60μm。

如图5所示，感测层106的长宽比（a/b）为1。

如图6所示，参比电极层107的长宽比（a/b）为1。

如图7所示，第一导电线路108与第二导电线路109连接处的夹角λ为120°。

如图8所示，介电层112的长宽比（a/b）为1.2。

如前所述，形成为点阵电极的工作电极可以同时开始工作或先后开始工作。这些工作电极可以监测同一种分析物或不同分析物或生理指标。因此，本申请实施例的传感器具有延长的使用寿命，改善的工作稳定性，便于植入的体积，并且能够具有多分析物或生理指标监测能力。

实施例二

一种基于微电极阵列的传感器，如图9和图10所示，图9示出了传感器的衬底的第一表面，图10示出了传感器的衬底的第二表面。该传感器包括：衬底2000、前端200、中段201、末端202、第一导电层203、第三导电层204、第二导电层205、感测层206、参比电极层207、第一导电线路208、第二导电线路209、触点210、第三导电线路211、第一介电层212、保护层213、第二介电层214。

如图9所示，第一导电层203位于衬底2000的第一表面，感测层206位于第一导电层203上。第一介电层212位于衬底2000的第一表面。

如图10所示，第三导电层204、第二导电层205位于衬底2000的第二表面，参比电极层207位于第二导电层205上。第二介电层214位于衬底2000的第二表面。

衬底2000的第一表面和第二表面均具有触点210。

如图11所示，保护层213设置在传感器的前端200和中段201。

其余结构的具体设置可以参见上述内容，在此不再赘述。

在实施例二中，如图9所示，多个第一导电层203以点阵排列，形成第一点阵电极层，感测层206位于第一点阵电极层上，形成点阵感测电极。如图10所示，多个第二导电层205以点阵排列的形式设置在衬底2000的第二表面，形成第二点阵电极层。多个参比电极层207设置在第二点阵电极层上，形成点阵参比电极。在这种情况下，将工作电极（即感测电极）和参比电极设置在传感器的不同表面，可以减小传感器的长度或宽度或体积，利于传感器的植入。此外，多个参比电极可以同时开始工作或分组先后工作，从而有效延长参比电极的使用寿命，提高传感器的长期稳定性。

实施例三

一种基于微电极阵列的传感器，如图12和图13所示，该传感器包括：衬底3000、前端300、中段301、末端302、第一导电层303、第三导电层304、第二导电层305、感测层306、参比电极层307、第一导电线路308、第二导电线路309、触点310、第三导电线路311、介电层312、保护层313和组件层322。

其中，组件层322位于衬底3000的中段301上，包括电池315、信号转换元件316、信号放大器317、控制器318、储药腔319、滤波器320和备份电源321。

实施例三的传感器的触点310可以植入人体，通过对特定腺体或神经细胞施加电刺激，实现对人体特定分析物或生理指标的调节。

其余结构的具体设置可以参见上述内容，在此不再赘述。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，可以对本申请的实施例进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微电极阵列的传感器，适用于被植入至生物体内，包括：衬底、导电层、感测层和参比电极层；其中，所述导电层位于所述衬底的至少一个表面上；所述感测层和所述参比电极层位于所述导电层上；所述感测层用于感测分析物的存在或水平或生理指标的水平；

其中，至少部分所述导电层呈点阵排列，以形成点阵电极层；

其中，所述传感器进一步包括至少一组位于所述传感器末端的电极触点，所述点阵电极层中每个点阵电极可以独立连接一组所述电极触点，或者多个点阵电极共同连接一组所述电极触点；所述电极触点被配置为连接生物体的器官、组织或细胞；所述电极触点进一步被配置为通过对器官、组织或细胞施加电刺激，调节生物体内所述分析物或所述生理指标的水平；

所述传感器进一步包括组件层，所述组件层位于所述衬底上，并连接所述导电层；所述组件层进一步包括储药腔，所述储药腔被配置为存储和释放药物或试剂。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，感测层包含对分析物或生理指标具有响应性的酶、蛋白标记物、核酸、化合物或电子元件中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述酶包括用于监测尿酸、胆固醇、葡萄糖或甘油三酯的酶中的一种或多种；所述蛋白标记物包括用于监测细菌、寄生虫、病毒的特异性识别蛋白标记物中的一种或多种，或用于监测白细胞、红细胞、血小板的特异性识别蛋白标记物一种或多种；所述核酸包括用于监测细菌、寄生虫、病毒的核酸；所述化合物包括用于监测Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺的化合物中的一种或多种；所述电子元件包括用于监测心率、血压的电子元件中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述感测层位于所述点阵电极层上，和/或所述参比电极层位于所述点阵电极层上。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器进一步包括保护层，所述保护层包含生物相容层。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，还包括导电线路，其中，所述导电线路分为第一导电线路、第二导电线路和第三导电线路；所述第一导电线路的第一端连接所述导电层，所述第一导电线路的第二端连接所述第二导电线路的第一端；所述第二导电线路的第二端连接所述第三导电线路的第一端；所述第三导电线路的第二端连接所述电极触点。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述第一导电线路与所述第二导电线路的连接处的夹角为1°至180°。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，其中，所述传感器进一步包括介电层，所述介电层位于所述衬底上，并覆盖所述衬底的至少一部分。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，其中，所述感测层位于所述传感器的第一表面，所述参比电极层位于所述传感器的第二表面。

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