本發明中的某個實施例還提供一種上述任一實施例所述三維集成化細胞電生理平臺的制備方法，包括以下步驟：


（1）將基板依次進行清洗和硅烷化處理；


（2）在所述基板的表面制備二維平面微電極11；


（3）在所述基板的表面打印三維微支架20，所述三維微支架20覆蓋所述二維平面微電極11；


（4）在所述基板和三維微支架20的表面制備三維立體微電極12，得到所述三維集成化細胞電生理平臺。


在某些實施例中，所述二維平面微電極11和三維立體微電極12的制備方法分別獨立地包括激光直寫和/或光刻沉積，進一步優選為激光直寫。


相較于光刻沉積的方法，本發明優選的激光直寫可通過控制激光功率和激光焦點位置，在二維平面或三維空間中直接加工出特定形狀的微電極結構，且不同材料加工只需清洗并更換前驅體墨水，方便快捷。


在某些實施例中，所述激光直寫包括：涂覆鉑前驅體墨水，將激光聚焦于待加工表面，在激光焦點處發生光還原反應生成金屬鉑。


可選地，所述光刻沉積包括：在待加工表面涂覆正性光刻膠，采用激光對光刻膠進行選擇性圖案化，經顯影后暴露出圖案化區域，并在暴露出的區域沉積導電金屬鉑，最終完成三維電生理平臺的制備。


在某些實施例中，所述三維微支架20的打印方法包括：在所述基板的表面涂覆負性光刻膠，通過3D打印程序控制焦點進行三維掃描，制得三維微支架20。


本發明采用激光直寫和3D打印分別制備微電極和微支架，可共享一套加工系統，制備周期短，且無需潔凈室設備，顯著降低了制備成本。


本發明中的某個實施例還提供一種宏微結合的電生理信號采集裝置，包括依次電連接的采集設備、印刷電路板和上述任一實施例所述三維集成化細胞電生理平臺。


在某些實施例中，所述采集設備和印刷電路板之間還電連接有轉換設備。


實施例1


本實施例提供一種三維集成化細胞電生理平臺及其制備方法，具體包括以下步驟：


（1）材料準備


PETA負性光刻膠：向PETA中緩慢加入0.25wt%的7-二乙基氨-3-(2-噻吩基)香豆素（DETC），持續攪拌2h，室溫避光保存；


鉑前驅體墨水：配置濃度為70mM的氯亞鉑酸銨溶液與濃度為500mM的草酸鐵銨溶液，密封避光保存，使用前各取1:1體積比混合均勻。


（2）基板預處理


采用標準蓋玻片作為基板，依次在去離子水、丙酮、異丙醇中超聲清洗5min，使用氮氣輕輕吹干表面殘留液體，放置于150℃烘箱中加熱30min；待基板冷卻后使用等離子體處理機，在100W功率下通過氧等離子體處理表面10min；處理后的基板浸泡于含有0.2%體積的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的甲苯溶液中120min；最后取出基板，依次采用甲苯、丙酮、異丙醇清洗，并用氮氣輕輕吹干。


（3）二維平面微電極制備


將鉑前驅體墨水滴加在基板上，并將基板置入激光加工系統；將波長為780nm的飛秒激光焦點聚焦于基板上加工鉑線，加工功率控制在3.5±1.5mW，加工速度控制在12.5±7.5μm/s，加工出線寬在1μm以下的鉑線；加工完成后拆下基板，采用乙醇輕輕沖洗，氮氣輕輕吹干表面水分即制得二維平面微電極。


（4）三維微支架打印


將PETA負性光刻膠滴加在制作好導電觸點的基板上，并在上方使用另一片潔凈的蓋玻片蓋住，輕輕按壓排出空氣，四周緊密封裝，置入激光加工系統；將波長為780nm的飛秒激光焦點聚焦于基板上，通過3D打印程序控制焦點進行三維掃描，加工聚合物三維微支架，激光功率控制在15±10mW，加工速度控制在150±50μm/s；加工完成后拆下基板，浸泡在異丙醇中20min，去除多余未聚合的光刻膠，最后氮氣吹干即制得三維微支架。


（5）三維立體微電極制備


將鉑前驅體墨水滴加在基板上，并將基板置入激光加工系統；將波長為780nm的飛秒激光焦點聚焦于基板上加工鉑線，加工功率控制在3.5±1.5mW，加工速度控制在12.5±7.5μm/s，加工出線寬在1μm以下的鉑線；加工完成后拆下基板，采用乙醇輕輕沖洗，氮氣輕輕吹干表面水分，最終得到三維集成化細胞電生理平臺。


本實施例所得三維集成化細胞電生理平臺的顯微照片見圖2。


其中，激光直寫鉑線的三維微電極-微支架結構和鉑線從微支架底部預留凹槽穿越的微觀形貌見圖3。


實施例2


本實施例提供一種三維集成化細胞電生理平臺及其制備方法，具體包括以下步驟：


（1）材料準備


金屬沉積靶材：Cr靶材、Pt靶材；


正性光刻膠與顯影液：AZ4620光刻膠、AZ400K顯影液，低溫避光保存；


PETA負性光刻膠：向PETA中緩慢加入0.25wt%的7-二乙基氨-3-(2-噻吩基)香豆素（DETC），持續攪拌2h，室溫避光保存。


（2）基板預處理


該步驟與實施例1相同，在此不做贅述。


（3）二維平面微電極制備


將正性光刻膠AZ4620以1:3的質量比與PGMEA稀釋，充分攪拌，以降低光刻膠粘度，從而降低旋涂后膜厚；將光刻膠以2000rpm速度，持續30s旋涂在基板表面，放置于100℃烘箱中加熱2min；隨后將基板置入激光加工系統，將波長為780nm的飛秒激光焦點聚焦于基板上，通過打印程序控制激光對光刻膠進行圖案化曝光，加工功率控制在15±5mW，加工速度控制在75±25μm/s；加工完成后拆下基板，將其浸泡在顯影液AZ400K中顯影2min；顯影完成后采用蒸餾水沖洗基板，之后用氮氣輕輕吹干表面水分，放入100℃烘箱中加熱3min；通過磁控濺射在基板表面濺射Cr/Pt導電層，控制Cr的厚度為5nm，Pt的厚度為100nm；最后將濺射完成的基板浸泡在丙酮中輕輕震蕩，直至殘余光刻膠完全脫落，暴露出加工好的微電極結構即制得二維平面微電極。


（4）三維微支架打印


該步驟與實施例1相同，在此不做贅述。


（5）三維立體微電極制備


將正性光刻膠AZ4620以1:3的質量比與PGMEA稀釋，充分攪拌，以降低光刻膠粘度，從而降低旋涂后膜厚；將光刻膠以2000rpm速度，持續30s旋涂在基板表面，放置于100℃烘箱中加熱2min；隨后將基板置入激光加工系統，將波長為780nm的飛秒激光焦點聚焦于基板上，通過打印程序控制激光對光刻膠進行圖案化曝光，加工功率控制在15±5mW，加工速度控制在75±25μm/s；加工完成后拆下基板，將其浸泡在顯影液AZ400K中顯影2min；顯影完成后采用蒸餾水沖洗基板，之后用氮氣輕輕吹干表面水分，放入100℃烘箱中加熱3min；通過磁控濺射在基板表面濺射Cr/Pt導電層，控制Cr的厚度為5nm，Pt的厚度為100nm；最后將濺射完成的基板浸泡在丙酮中輕輕震蕩，直至殘余光刻膠完全脫落，暴露出加工好的微電極結構，最終得到三維集成化細胞電生理平臺。


本實施例所得三維集成化細胞電生理平臺的顯微照片見圖4。


應用例1-2


本組應用例分別對應地選用實施例1與實施例2所得三維集成化細胞電生理平臺組裝宏微結合的電生理信號采集裝置，如圖5所示，所述電生理信號采集裝置包括依次電連接的采集設備、轉換設備、印刷電路（PCB）板和三維集成化細胞電生理平臺。


本組應用例在組裝前，需在電生理平臺所在的基板上通過掩模版紫外光刻、沉積金屬的方法制作出導電觸點，使得電生理平臺的微電極在激光加工時可與基板上的觸點相連，具體方法如下：


（1）材料準備


金屬沉積靶材：Cr靶材、Pt靶材；


正性光刻膠與顯影液：AZ4620光刻膠、AZ400K顯影液，低溫避光保存。


（2）用于宏微結合的電生理平臺外圍觸點加工


將正性光刻膠AZ4620以4000rpm的速度，持續30s旋涂在經過硅烷化處理的基板上，放置于100℃烘箱中加熱2min，注意避光存放；隨后將處理好的基板通過紫外光刻機進行光刻，光刻掩膜版決定了外圍觸點的分布和形狀，曝光時間為20s；將曝光后的基板浸泡在顯影液AZ400K中顯影2min；顯影完成后采用蒸餾水沖洗基板表面殘留的顯影液，并用氮氣輕輕吹干表面水分，放入100℃烘箱中加熱3min；隨后通過磁控濺射在基板表面濺射Cr/Pt導電層，控制Cr的厚度為5 nm，Pt的厚度為100 nm；最后將濺射完成的基板浸泡在丙酮中輕輕震蕩，直至殘余光刻膠完全脫落，暴露出加工好的微電極結構，從而形成導電觸點。


如圖5所示，本組應用例設計了連接所用的PCB板，PCB板上鋪設有與基板上導電觸點位置對應的焊盤，基板上的導電觸點可以通過錫焊、導電材料固化等方式與PCB板上的焊盤相連接；將PCB板所有焊盤引出，集中到采集設備對應接口的公/母頭上，與采集設備接口的公/母頭連接。由于采集設備的接口不是PCB板上常用的接口，故設置一個轉接設備，將PCB板常用接口轉換成采集設備對應的接口，從而實現設備-PCB板-基板上的電生理平臺信號傳輸的閉環。