CN203923432U - 基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置。该装置包括电源、待电镀传感芯片组件和阻抗测试系统。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，电极分别为铂电极和银-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，另一接点与所述一个阻抗测量系统连接。本实用新型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。

Description

基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置

技术领域

本实用新型属于表面处理领域，涉及一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置。

背景技术

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。他们发明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。

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。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于阻抗测试的微电极阵列电镀装置。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现:

本实用新型包括电源、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，电极分别为铂电极和银-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第一接点、第二接点，其中第一接点与电源相连，可通过三电极法进行电极阵列的表面电镀处理，第二接点与所述一个阻抗测试系统连接，可通过电化学方法研究电极电镀前后表面体阻抗的变化。所述阻抗测试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；电镀电源分别连接铂电极、银-氯化银电极、第一接点；在电镀时铂电极和银-氯化银电极分别作为对电极和参比电极，通过第一接点与芯片上的电极阵列构成三电极体系。

所述传感芯片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。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型可实现对微电极阵列的表面电镀效果的评估。该装置可快速优选出符合要求的微电极类型进行高通量的电镀处理，可提高后期实验微电极阻抗检测的信噪比，细胞—电极耦合的有效性以及实验重复率，降低实际试验的时间成本，并优化微电极的设 计。

附图说明

图1为本实用新型新结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是评估装置的结构图。参照图1，本实用新型的一种基于阻抗测试的微电极阵列表面电镀装置，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。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，电极6包括铂电极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，在腔室5外硅基底8上的两个接点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与所述一个阻抗测试系统3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。阻抗测试系统包括计算机3.1以及阻抗分析仪或电化学工作站3.2。

电源1为数控单/双脉冲电镀电源。脉冲电镀与直流电镀相比，脉冲电渡能够提高阴极电流密度，降低浓差极化；消除氢脆，改善镀层的物理性能；减少添加剂的使用，得到纯度更高的镀层，使镀层结晶更加细致，均勾光亮；提高镀层的初性和耐磨性；还有利于节约贵金属，获得成分稳定的合金电镀层。电镀电源1分别连接铂电极6.1，银-氯化银电极6.2和接点10.1。在电镀时铂电极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与传感芯片上的电极阵列9构成三电极体系。

传感芯片为细胞阻抗传感(Electric Cell—substrate Impedance Sensing，ECIS)电极芯片7。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，传输并记录细胞贴附形态、迁移速率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。

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。

Claims (3)

1.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)上的第一接点(10.1)、第二接点(10.2)，第一接点(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，第二接点(10.2)与所述一个阻抗测试系统连接，可通过电化学方法研究电极电镀前后表面体阻抗的变化；所述阻抗测试系统(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；电镀电源分别连接铂电极(6.1)、银-氯化银电极(6.2)、第一接点(10.1)；在电镀时铂电极(6.1)和银-氯化银电极(6.2)分别作为对电极和参比电极，通过第一接点(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。