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原文传递一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片及其制备方法

专利名称：	一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片及其制备方法
摘要：	本发明属于药物筛选芯片的技术领域，具体涉及一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片及其制备方法；所要解决的技术问题为：提供一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片及其制备方法；解决该技术问题采用的技术方案为：芯片包括三层结构，从顶层到底层依次为PCB板、通孔层以及基片；所述PCB板上焊接有多段结构相同的金属丝、多个PCB板矩形焊盘、多个PCB板圆形焊盘；所述金属丝插入对应的PCB板圆形焊盘并用焊锡固定，所述PCB板圆形焊盘通过PCB板表面的引线与PCB板矩形焊盘相连；所述通孔层上设置有多个圆形通孔；所述基片上设置有多个基片pad、微电极阵列以及多条引线，所述微电极阵列通过引线与基片pad相连；本发明应用于高通量微孔板药物筛选芯片的制作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	太原理工大学
发明人：	冀健龙;张强;付银鹏;王靖宵;肖高铿;江小宁;桑胜波;张文栋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910182022.7
公开号：	CN109870491A
代理机构：	太原高欣科创专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	崔浩;冷锦超
分类号：	G01N27/26(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	030024 山西省太原市迎泽西大街79号
主权项：	1.一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片，其特征在于：包括三层结构，从顶层到底层依次为PCB板（1）、通孔层（2）以及基片（3）；所述PCB板（1）上焊接有多段结构相同的金属丝（6）、多个PCB板矩形焊盘（4）、多个PCB板圆形焊盘（5）；所述金属丝（6）插入对应的PCB板圆形焊盘（5）并用焊锡固定，所述PCB板圆形焊盘（5）通过PCB板（1）表面的引线与PCB板矩形焊盘（4）相连；所述通孔层（2）上设置有多个圆形通孔（7）；所述基片（3）上设置有多个基片pad（8）、微电极（9）阵列以及多条引线，所述微电极（9）阵列通过引线与基片pad（8）相连；所述微电极（9）包括三个微电极，具体为OECT的源极（21）、漏极（22）和栅极（24）；所述源极（21）和漏极（22）之间还沉积有一层有机半导体膜（23）作为OECT的沟道层。 2.根据权利要求1所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片，其特征在于：所述基片（3）的结构为：所述基片（3）包括基底（31），所述基底（31）的上层沉积有第一金属层（32），所述第一金属层（32）内部设置有电气连接线和基片pad（8）；所述第一金属层（32）上层还设置有沉积绝缘层（33），所述沉积绝缘层（33）上设置有电极窗口通孔（34）；所述沉积绝缘层（33）上还沉积有第二金属层（35），所述第二金属层（35）流入电极窗口通孔（34）并与第一金属层（32）接触。 3.根据权利要求2所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片，其特征在于：所述金属丝（6）具体由金、铂或钯材料制作，所述PCB板矩形焊盘（4）、PCB板圆形焊盘（5）以及引线具体由铜材料制作；所述PCB板矩形焊盘（4）用于连接外部监测电路，所述PCB板圆形焊盘（5）用于焊接金属丝（6）；所述通孔层（2）具体为固化型聚合物，或为热塑性聚合物，或为溶剂挥发型聚合物。 4.根据权利要求3所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片，其特征在于：所述通孔层（2）由3D打印技术和模塑工艺制备得到多个圆形通孔（7），所述圆形通孔（7）的数量和尺寸与微电极（9）阵列的分布与尺寸相适应。 5.根据权利要求4所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片，其特征在于：所述微电极（9）阵列通过引线层（10）连接到基片pad（8），使每一个微电极（9）对应一个基片pad（8），所述引线层（10）内部设置的引线之间相互不交叉，所述基片pad（8）等间隔分布在基片（3）的两侧；所述微电极（9）阵列、基片pad（8）具体由金、钯、铂材料制作；所述引线层（10）内设置的引线具体由钛、金、铝材料制作。 6.一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：根据PCB图纸制作PCB板（1），将金属丝（6）焊接到对应的焊盘上；步骤二：通过MEMS工艺制备得到基片（3），具体步骤为：步骤2.1：选用二氧化硅或者玻璃作为基底（31），将基底（31）浸泡于铬酸24小时，并用去离子水清洗，并烘干备用；在基底（31）上沉积第一层金属层（32）并通过光刻和lift-off工艺，形成用于引出各个电极的电气连接线以及基片pad（8）；步骤2.2：沉积绝缘层并刻蚀，形成电极窗口通孔（34）；采用PECVD再生长厚度为100~300nm的二氧化硅绝缘层，并使用光刻版进行曝光，并用氢氟酸与氟化铵的混合溶液腐蚀绝缘层，形成一个和微电极（9）阵列以及基片pad（8）重合的窗口；步骤2.3：沉积第二金属层（35）并通过光刻和lift-off工艺，形成电极图案，钛层厚度为20~50nm，金层厚度为300~500nm；步骤三：生长有机半导体膜（23）：步骤3.1：将步骤二得到的基片（3）放置在事先设计好的临时PCB板上，把基片（3）上的焊盘和临时PCB板上的焊盘对应连接；步骤3.2：在连接好导线的基片（3）上滴加电解液，在需要生长有机半导体膜（23）的临时PCB板电极间施加的交流电可以是正弦波电压、方波电压、三角波电压，也可以为偏置电压，电压幅值为1V～15V，频率为10Hz～1MHz，用显微镜观察有机半导体的生长状况；步骤3.3：生长完毕，用去离子水冲洗基片（3）3~10遍；步骤3.4：在干燥箱中80~100℃干燥3~5min；步骤四：利用3D打印技术和模塑工艺加工通孔层（2）：步骤4.1：使用SolidWorks设计用于制作圆形通孔（7）的模型图纸并输入到3D打印机制作通孔层（2）模型；步骤4.2：使用锡纸制作跟模型大小相似的容器，将制作完毕的模型放置在容器中；倾倒适量的PDMS，PDMS层的厚度为4~7mm；步骤4.3：将上述容器转移到真空干燥箱中，抽真空5min，以除去PDMS中残留的气泡，然后在干燥箱中70~90℃干燥1小时，以固化PDMS；步骤4.4：将固化后的PDMS从模型上取下，用手术刀将其切成需要的大小；步骤五：将步骤二中制备好的基片（3）在蛋白点样机上进行点样，点样方式可以采用接触式的针点点样方式，或者非接触式的喷点点样方式；步骤六：将通孔层（2）和基片（3）用螺栓机械键合在一起，使用微孔板加液器给每个圆形微池都加入适量的待测药物，把PCB板（1）放置在通孔层（2）上；将基片（3）、通孔层（2）、PCB板（1）与外部测量电路连接完毕；以金属丝（6）为栅极，扫描栅极电压，并通过用单片机测量OECT源漏极间电流的变化就可以判断出蛋白和药物是否发生特异性结合；测量完毕后，拆卸螺母将基片（3）和通孔层（2）分别用去离子水冲洗。 7.根据权利要求6所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，生长有机半导体膜（23）也可以采用以下步骤：步骤3.1：将步骤二得到的基片（3）放置在实现设计好的用于生长有机半导体膜（23）容器中；步骤3.2：给容器两端的驱动电极上，施加的交流电可以是正弦波电压、方波电压、三角波电压，也可以为偏置电压，其幅值为1V～20V，频率为10Hz～1MHz，用显微镜观察有机半导体的生长状况；步骤3.3：通电3~5min，取出基片（3），用去离子水冲洗3~10遍；步骤3.4：在干燥箱中80~100℃干燥3~5min。 8.根据权利要求7所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤2.1的具体步骤为：选用二氧化硅或者玻璃作为基底（31），将基底（31）浸泡于铬酸24小时，并用去离子水清洗，并烘干备用；然后匀胶并烘干，使用掩膜版进行光刻显影；然后溅射厚度为20~50nm的钛或铬作为玻璃片与金属的粘附层，再溅射厚度为200~400nm的金，完成lift-off，实现导线层的图形化，形成用于引出各个电极的电气连接线导线层以及基片pad（8）。 9.根据权利要求8所述的一种基于电化学晶体管的高通量微孔板药物筛选芯片的制备方法，其特征在于：所述PCB板（1）和通孔层（2）可以重复使用，所述基片（3）经过清洗后，重复步骤三、步骤四也可以实现重复使用的目的，然后重复步骤5即可进行下一次筛选药物实验。
所属类别：	发明专利